(57)【要約】【課題】絶縁性を確保したままで放熱性を向上することができる電池パック用セパレータ、及び、このセパレータを備えた電池パックを提供する。【解決手段】複数の電池セル２０と、複数の電池セル２０の間に配置され、複数の電池セル２０を挟んで組む複数のセパレータ３０を備える電池パックであって、セパレータ３０が複数の凸部３１を持つ金属製であって、セパレータ３０の凸部３１と、隣り合う電池セル２０とが接触する部位に絶縁体３３を配したこと、を特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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】
前記凸部が千鳥状に配置されていること、
を特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。
【請求項４】
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こと、
を特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項５】
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であって、
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、
を特徴とする電池パック用セパレータ。
【請求項６】
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であって、
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、
を特徴とする電池パック用セパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６２８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態にかかる電池パックの分解斜視図である。
【図２】図１の電池セルとセパレータの分解斜視図である。
【図３】電池セルの間にセパレータが配置されている状態を示す側面図である。
【図４】別の実施形態にかかる電池パックの分解斜視図である。
【図５】別の実施形態を示す図３相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
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
【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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