JP2012028171A - Battery separator and battery pack using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複数の電池からなる組電池に係る電池セパレーター及びそれを用いたパック電池に関するものである。 The present invention relates to a battery separator according to an assembled battery including a plurality of batteries and a battery pack using the battery separator.
筒型リチウムイオン電池は単電池としては18650型が多く用いられているものの、様々な機器に対し1直1並列から多直多並列まで仕様が存在する。またその単電池の配置も機器に応じて様々な設計がなされているのが通常である。
特許文献1には、電動工具用電池パックが開示されている。この電池パックは複数の筒型の電池を接続して使用するものであるが、これらの複数の電池を収納するにあたり、特許文献1の図5のセパレータ20や、図6のセパレータ21のように電池ケース内に樹脂製の電池セパレーターを設けて、それぞれの電池を分離して保持している。
Cylindrical lithium-ion batteries are often used as 18650 type cells, but there are specifications for various devices ranging from 1-to-1 parallel to multiple-to-multiple parallel. In addition, the arrangement of the cells is usually designed according to the equipment.
電池セパレーターはセルの配置と絶縁を確保する部品であり、最終製品では樹脂の射出成形品である場合が多い。評価サンプルのための成形品セパレーターでも、極力最終製品である成形品に近いセパレーターが求められる。近年、このようなサンプル作製は光造形や粉末成形が用いられるようになってきた。しかしながら評価サンプル毎に専用セパレーターを設計することは設計工数、管理工数の増大を招ことになる。また相応のコストが掛かることも事実である。特に色塗りや研磨などの別仕上げ工程がある場合やサンプル数量が多くなると、大きなコストになる。樹脂成形金型を製作した場合はイニシャルとして、さらに大きなコストが必要となる。そこで本発明では、評価サンプル製作や小ロット生産などにおいて低コストで使用することができる電池セパレーター及びパック電池を提供することを目的とする。 The battery separator is a part that ensures cell arrangement and insulation, and the final product is often a resin injection-molded product. Even for a molded product separator for an evaluation sample, a separator that is as close as possible to the molded product that is the final product is required. In recent years, photofabrication and powder molding have come to be used for such sample preparation. However, designing a dedicated separator for each evaluation sample increases the design man-hours and management man-hours. It is also true that there is a corresponding cost. In particular, when there is another finishing process such as coloring or polishing, or when the number of samples increases, the cost increases. When a resin molding die is manufactured, a larger cost is required as an initial. Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery separator and a battery pack that can be used at low cost in production of evaluation samples, small lot production, and the like.
上記の課題を解決するために本発明は以下の構成とする。
2つ以上の円筒型単電池を組み合わせた組電池ユニットを形成するための電池セパレーターであって、前記円筒型単電池の長手方向に沿って前記円筒型単電池の円筒部の一部を保持する電池挿入部と、同種或いは異種の電池セパレーターと組み合わせるための接続機構とを有し、前記同種或いは異種の電池セパレーターを垂直方向と水平方向とに自在に組み合わせることで前記組電池ユニットを構成する前記2つ以上の円筒型単電池を保持する構成とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
A battery separator for forming an assembled battery unit in which two or more cylindrical unit cells are combined, and holds a part of a cylindrical portion of the cylindrical unit cell along a longitudinal direction of the cylindrical unit cell. A battery insertion portion and a connection mechanism for combining with a battery separator of the same type or different type, and the battery pack unit is configured by freely combining the same type or different type of battery separator in a vertical direction and a horizontal direction. It is configured to hold two or more cylindrical unit cells.
また、前記電池セパレーターの水平方向の接続機構は、面に対して凸と凹で嵌め合わせるロック部と、斜面合わせで接続させるテーパ部とを備え、前記電池セパレーターを水平方向に配置してロックを掛かけた場合、水平方向の移動によるロックの解除が不可能となる接続機構を有する構成とする。また、前記電池セパレーターは樹脂であり射出成形品である。また、前記電池セパレーターには部品をネジ止めするためのボスを有する構成とする。また、前記電池セパレーターは前記円筒型単電池と接する面にサーミスタ又は熱電対を取り付けるための切り欠き穴部を有する構成とする。 In addition, the horizontal connection mechanism of the battery separator includes a lock portion that fits convexly and concavely to the surface, and a taper portion that is connected by slope alignment, and the battery separator is arranged in the horizontal direction to lock the battery separator. When hooked, it has a connection mechanism that makes it impossible to release the lock by moving in the horizontal direction. The battery separator is a resin and an injection molded product. The battery separator has a boss for screwing parts. Further, the battery separator has a notch hole for attaching a thermistor or a thermocouple to a surface in contact with the cylindrical unit cell.
また、電池セパレーターに複数の円筒型単電池を組み合わせ、前記円筒型単電池の正極及び負極にタブを抵抗溶接したパック電池であって、前記タブの水平折り曲げ部の一部がセパレーター上に乗せられる構成とする。また、前記パック電池の周りを熱収縮チューブでパックする構成とする。 The battery separator is a battery pack in which a plurality of cylindrical unit cells are combined, and a tab is resistance-welded to the positive electrode and the negative electrode of the cylindrical unit cell, and a part of the horizontal bent portion of the tab is placed on the separator. The configuration. Further, the battery pack is packed with a heat shrinkable tube.
従来と比較して設計、試作、管理工数の削減を図り、試作、小ロット生産におけるコスト削減と短納期化を実現することができる。また様々なセル配置構成に対応したパック電池を迅速に設計することができる。 Compared to conventional methods, design, prototyping, and management man-hours can be reduced, and cost reduction and short delivery time can be realized in prototyping and small-lot production. Moreover, the battery pack corresponding to various cell arrangement | positioning structures can be designed quickly.
本発明の電池セパレーター1を図1に示す。電池セパレーター1には円筒電池が配置されるにあたり、隔壁として電池同士を分離する円筒電池挿入部14が設けられる。電池セパレーター1には、円筒面を有する円筒電池挿入部14が2つ設けられ、それぞれの円筒面に合わせて円筒電池が配置されことになる。また、電池セパレーター1の左右側には突起状の長手方向接続部11と12が設けられている。長手方向接続部11と12は互いに紙面水平方向で形状が反転しており、同一部品を本図と同一の向きで左側及び右側を接続させることが可能な構造となっている。また、円筒電池挿入部14の上部には、上下方向接続部13が設けられている。上下方向接続部13は、凹部と凸部をペアで備えており、上下方向接続部13も同一部品を長手方向軸に180度回転させ、且つ紙面垂直軸上で180度回転させると紙面上面から接続可能である。電池セパレーター1は、円筒電池挿入部とは逆の面にネジボス15が2箇所設けられている。これは、後述のように制御基板を取り付けるためのものである。
A
図2には、図1の電池セパレーター1とは異なる電池セパレーター2を示す。図1における電池セパレーター1の場合は、円筒電池挿入部14は2箇所であったが、電池セパレーター2は円筒面を有する円筒電池挿入部25は電池セパレーター2の上部の左右及び下部の左右に設けられ、円筒電池挿入部25は4箇所ある。電池セパレーター2の上部及び下部には、凹部と凸部のペアからなる上下方向接続部23及び24がそれぞれ設けられている。従って、電池セパレーター2は、同一部品では図と同一の向きで上下方向にも水平にも無限に電池セパレーターを接続することができる。また図1の電池セパレーターと図2の電池セパレーターはそれぞれの上下方向接続部の凹部と凸部で接続可能となっている。
FIG. 2 shows a
電池セパレーター2の上部は、図で示されるようにその一部は、円筒電池挿入部25の隔壁が削除されている。この部分26はサーミスタ/熱電対の挿入孔として使用することができる。これにより挿入孔のある位置に容易にこれら温度センサーを挿入し、セルの温度を管理することやデータ取りができるようになる。製品安全の観点からも、セルの温度データ取りや管理は重要である。
As shown in the figure, the upper part of the
図3には電池セパレーター1と電池セパレーター2を各々組み合わせ4列×2のセル組用としたセパレーター組を示す。この場合、電池セパレーター1を3つ水平方向に組み合わせて並べ、電池セパレーター2を3つ水平方向に組み合わせ更にそれらの組を電池セパレーター1の組が上にあるようにして上下に重ねたものである。無論更に水平方向や下方向に別の電池セパレーターを組み合わせることにより、様々なセル配置に対応したセパレーターを組むことができるようになる。これにより専用セパレーターを設計する必要が無くなり、設計工数及び管理工数の大幅な削減ができるようになる。さらに部品をストックしておくことにより、様々なセル配置のサンプル作製や小ロット生産においても素早い納期対応が可能となる。
FIG. 3 shows a separator set in which the
また、図3では電池セパレータ−1に部品取り付けができるようネジボス15が示されており、これを用いて外装ケースにネジ止めすることや、リチウムイオン電池パックにおいては保護回路基板を実装できるようになる。これにより電池セパレーターの汎用性は更に向上することになる。
Also, in FIG. 3, a
図4には、本発明における電池セパレーターのロックの機構を示す。水平方向のロックは電池パック作製において重要であり、不用意に接続が外れてしまうと作業効率が大きく低下するとともに短絡などの危険も伴うことから、本発明の電池セパレーターのロック機構は水平方向の接続が不用意に外れないように工夫をしたものである。 FIG. 4 shows a battery separator locking mechanism according to the present invention. The horizontal lock is important in battery pack production. If the connection is inadvertently disconnected, the work efficiency is greatly reduced and there is a risk of a short circuit. It is devised so that the connection is not inadvertently disconnected.
拡大正面図の左側のロックは部分側面図の通り、紙面表側の先端部が凸形状になっている。拡大正面図右側のロックは紙面裏側が凸部よりやや深く広い凹になっている。また左側ロック部の根元部はカギ状になっており、右側ロック部の根元は同一テーパーでカギ状となっている。ロック合わせ面は組み合わせ時に凸側及び凹側もほぼ同面となっている。またロック部は正面図において上下方向に沿って凸部ロックと凹部ロックが互い違いになるように配置している。正面図では4つのロック組であるが、2つ以上であればいくつあっても良い。ロックが効いた状態で、ロック合わせ面は紙面鉛直方向に対しても互い違いになり、この方向にも外れないようになる。 As shown in the partial side view, the lock on the left side of the enlarged front view has a convex shape at the front end on the paper surface side. The lock on the right side of the enlarged front view has a concave that is slightly deeper and wider than the convex part on the back side of the paper. Further, the base part of the left lock part is key-shaped, and the base of the right lock part is key-shaped with the same taper. The lock-matching surfaces are substantially the same on the convex and concave sides when combined. Moreover, the lock part is arrange | positioned so that a convex part lock | rock and a recessed part lock | rock may alternate along a vertical direction in a front view. In the front view, there are four lock groups, but there may be any number as long as there are two or more lock groups. In a state where the lock is effective, the lock alignment surfaces are also staggered with respect to the vertical direction of the paper surface, and do not deviate in this direction.
次に図5にその組み合わせ方を示す。上図の矢印の通り右側部品をスライドさせて凸部と凹部を嵌め合わせる。同時にカギ部テーパーも最深部まで嵌め合いロックが完了し下図のように接続完了の状態となる。この状態では前述の通り紙面鉛直方向にも外れないようになっている。左右方向はカギのテーパー面が効いてロック解除は不能となり、上図の逆の手順でのみロックを解除することができるようになる。この機構により、電池セパレーターは水平方向に確実にロックされ、電池パック製作の作業効率とセパレーター組の品質は大きくアップする。 Next, FIG. 5 shows how to combine them. Slide the right part as shown by the arrow in the above figure to fit the convex part and the concave part. At the same time, the key part taper is fitted to the deepest part and the lock is completed, and the connection is completed as shown in the figure below. In this state, as described above, it does not deviate in the direction perpendicular to the paper surface. In the left and right direction, the taper surface of the key works, and the lock cannot be released. The lock can be released only in the reverse order of the above diagram. With this mechanism, the battery separator is securely locked in the horizontal direction, and the work efficiency of manufacturing the battery pack and the quality of the separator set are greatly improved.
本発明の電池セパレーターは、金型を用いて射出成形により成形した樹脂成形品である。本発明の電池セパレーターは汎用性が高く、使用する機会も多い。樹脂成形品とすることで、汎用樹脂が使え光造形品などと比較してより安価で高性能なセパレーターを作製できるようになる。特にコスト低減効果は使用数量が増えるほどより大きくなる。 The battery separator of the present invention is a resin molded product molded by injection molding using a mold. The battery separator of the present invention is highly versatile and has many opportunities for use. By using a resin molded product, a general-purpose resin can be used, and a cheaper and higher performance separator can be produced compared to an optical modeling product or the like. In particular, the cost reduction effect increases as the quantity used increases.
次に図6には本発明のパック電池を示す。図6は電池セパレータ−1及び2を組み合わせた電池セパレーターと単電池3を組み合わせ、更に単電池の正極、負極にタブ4を抵抗溶接しており、タブの水平折り曲げ部41の一部が電池セパレーター上に乗せられた形であることを特徴とするパック電池である。電池セパレーターには、単電池の長手方向の位置を規制する部材は設けておらず、単電池の正極及び負極は電池セパレーターから露出している。従って、正極及び負極にタブ4を抵抗溶接するにあたっては、1つのタブに対し溶接する単電池を自由に選択することができる。これにより、様々な形で複数の単電池の電気的な接続が可能となる。また、図6においては、組み合わされた電池セパレーターの各部分全てに単電池が搭載されているが、最終的なパック電池の仕様によっては、電池セパレーターによって作られる単電池の挿入部分の一部には単電池を搭載しないでおくことも可能である。
Next, FIG. 6 shows a battery pack of the present invention. FIG. 6 shows a combination of a
本発明の電池セパレーターは図4及び図5で説明したように水平方向にロックはあるものの、垂直方向の上下方向接続部にはロック機構を設けていない。これは射出成形金型の製作を前提で考えた場合、垂直方向にもロック部を持たせようとするとアンダーカットが発生し、金型費用の増大を招くことを考慮したためである。 Although the battery separator of the present invention has a lock in the horizontal direction as described with reference to FIGS. 4 and 5, no lock mechanism is provided in the vertical connection portion in the vertical direction. This is because when considering the production of an injection mold, it is considered that if a lock portion is also provided in the vertical direction, an undercut occurs, resulting in an increase in mold cost.
しかし、図6のパック電池はタブ4に水平折り曲げ部41を設け、それを電池セパレーター上部のフラット部に乗せることにより、抵抗溶接された単電池と電池セパレーターが固定され、電池セパレーターに垂直方向のロックを設置する必要も無くなる。これによるコスト削減が可能となる。
However, the battery pack of FIG. 6 is provided with a horizontal bent portion 41 on the
図7は、図6におけるパック電池を更に熱収縮チューブ5でシュリンクパックしたものである。熱収縮チューブは絶縁性があればどのようなものを用いても良い。図6のパック電池は電池セパレーターのロックとタブ4の折り曲げ部のみでパック電池の形状を維持するものであった。輸送などではさらに耐久性を強化する必要があり、この点について改善を試みたものである。図7の形態ではチューブの収縮により、電池パック全体が強固になる。本実施の形態をとれば、輸送や機器組み込みなどの殆どの使用に耐えうるパック電池とすることができる。
FIG. 7 shows the battery pack in FIG. 6 further shrink-packed with a heat shrinkable tube 5. Any heat-shrinkable tube may be used as long as it has insulating properties. The battery pack of FIG. 6 maintains the shape of the battery pack only by the lock of the battery separator and the bent portion of the
図8は、制御基板6を取り付けた本発明のパック電池である。リチウムイオン電池の場合、安全性の確保のため充放電制御やセル電圧監視回路が必要であり、これらの回路を搭載した制御基6板を電池に対し取り付ける必要がある。前述のように、本発明における電池セパレーター1は、ネジボス15を有している。制御基板6の電池セパレーターへの取り付け穴は一部丸穴で一部長穴になっている。本発明の電池セパレーターは接続によって組み合わせることにより、多くのセル配置を実現できることは前述の通りであるが、組み合わせるセパレーターの数量が多くなればなるほど、部品寸法のバラツキにより累積公差が大きくなってしまう。一方制御基板が小さい場合は一部の電池セパレーターのネジボスを利用して取り付ければ問題ないが、制御基板6が図8のように長くなってくると、上記累積公差の影響を無視することができない。そこで制御基板6の取り付け穴を一部長穴とし、累積公差の影響を受けない構成としたものが図8のパック電池である。制御基板6の取り付け穴は理想的には基準穴は丸穴(図では後方の2つの丸穴)とし、電池セパレーターの追加方向に対し、徐々に長穴を広げた構成とすることが望ましい。
FIG. 8 shows a battery pack of the present invention to which a
図9は本発明のパック電池の他の例である。単電池3を水平方向に8個、垂直方向に2個並べたものであり、各セパレーターは水平及び垂直方向に接続されている。各単電池3はセパレーター空隙に全てに配置されている。各単電池3の正極および負極にセパレーター上部に水平部が乗った形でタブ4が抵抗溶接され単電池3、電池セパレーター、タブ4の構成で一体化している。更に電池セパレーター4内の一部の空隙に温度センサーであるサーミスタが挿入されている。更にタブ4の外側から絶縁テープ7が貼り付けられている。電池セパレーター上部のネジボスに一部の取り付け穴が長穴である制御基板7がネジ止めされており、更にその制御基板には各単電池3に接続されたタブとサーミスタ及び外部出力線63が結線されている。更に外部出力を除く電池パック全体を熱収縮チューブ5で覆った構成となっている。本図では16本の単電池3を使用したセル配置構成としているがセパレーターの組み合わせ次第でどのようなセル配置にも対応できることは前述の通りである。本図ではパック電池の温度センサーとしてサーミスタをセパレーター内に挿入して使用している。これにより常時パック電池の温度監視が可能となり、より安全に電池パックを使用することが可能となっている。またパック電池全体を熱収縮チューブで覆っている。これにより、機器内や屋内及び輸送において実用上十分な耐久性や強度を確保できるようになる。
FIG. 9 shows another example of the battery pack of the present invention. 8 unit cells 3 are arranged in the horizontal direction and two in the vertical direction. Each separator is connected in the horizontal and vertical directions. Each unit cell 3 is arranged in the separator gap. The
1 電池セパレーター1
2 電池セパレーター2
3 単電池
4 タブ
5 熱収縮チューブ
6 制御基板
7 絶縁テープ
8 サーミスタ
11、21 長手方向接続部1
12、22 長手方向接続部2
13、23、24 上下方向接続部
14、25 円筒電池挿入部
26 サーミスタ/熱電対挿入孔
41 タブ折り曲げ水平部
61 取り付け丸穴
62 取り付け長穴
63 外部出力
1
2
3
12, 22
13, 23, 24
Claims (8)
前記円筒型単電池の長手方向に沿って前記円筒型単電池の円筒部の一部を保持する電池挿入部と、同種或いは異種の電池セパレーターと組み合わせるための接続機構とを有し、前記同種或いは異種の電池セパレーターを垂直方向と水平方向とに自在に組み合わせることで前記組電池ユニットを構成する前記2つ以上の円筒型単電池を保持することを特徴とする電池セパレーター。 A battery separator for forming an assembled battery unit in which two or more cylindrical cells are combined,
A battery insertion portion for holding a part of a cylindrical portion of the cylindrical unit cell along a longitudinal direction of the cylindrical unit cell, and a connection mechanism for combining with the same type or different type of battery separator, the same type or A battery separator characterized by holding the two or more cylindrical unit cells constituting the assembled battery unit by freely combining different types of battery separators in a vertical direction and a horizontal direction.
前記保護回路基板のネジ止め穴は少なくとも一つ以上の穴が長穴であることを特徴とする保護回路基板を用いたリチウムイオンパック電池。 The cylindrical battery of the battery pack according to claim 6 is a lithium ion battery, and includes a protective circuit board disposed on a boss provided in the battery separator,
A lithium ion pack battery using a protection circuit board, wherein at least one of the screw holes of the protection circuit board is a long hole.
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