JP5796765B2 - Battery pack and electric bicycle - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池を複数接続して構成される電池パック、および電池パックを搭載した電動自転車に関する。 The present invention relates to a battery pack configured by connecting a plurality of secondary batteries, and an electric bicycle equipped with the battery pack.
電動自転車には各種の二次電池が駆動用あるいは補助駆動用電源として用いられているが、なかでもリチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われるリチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度で、高出力である電池特性を有することから駆動用電源用の電池として好適である。
リチウムイオン電池には正極と負極をセパレータを介して積層したものを卷回した円柱状のもの、正極と負極をセパレータを介して積層した扁平状ものが知られている。
これらのなかでも扁平状のものは正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、機器駆動モータ等の電源用の電池として好適である。
扁平状のリチウムイオン電池の単位電池は、電池要素をフィルム状外装材で外装することによって、リチウムイオン電池の有する高いエネルギー密度を有効に利用することができる。
フィルム外装電池は、各種の用途に用いられているが、例えば、特許文献1(特開2007−257901号公報)には、フィルム外装電池を使用した電動自転車用の電池パックが提案されている。
Various types of secondary batteries are used as electric power sources for driving or auxiliary driving in electric bicycles.Lithium ion secondary batteries, in which charging and discharging are performed by moving lithium ions between the negative electrode and the positive electrode, Since it has battery characteristics of high energy density and high output, it is suitable as a battery for driving power supply.
As the lithium ion battery, a cylindrical battery obtained by winding a positive electrode and a negative electrode laminated via a separator, and a flat battery obtained by laminating a positive electrode and a negative electrode via a separator are known.
Among these, flat-shaped ones can easily increase the capacity per unit cell by increasing the area of the positive and negative electrodes or increasing the number of positive and negative electrodes to be stacked. It is suitable as a battery for power supplies.
A flat unit battery of a lithium ion battery can effectively utilize the high energy density of a lithium ion battery by covering a battery element with a film-shaped exterior material.
The film-clad battery is used for various applications. For example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-257901) proposes a battery pack for an electric bicycle using a film-clad battery.
電動自転車には装着したモーターの作用によって自転車の走行時の運転者の負担を軽減するものと、運転者がペダルを踏み込むことなく自走可能なものが知られている。電動自転車には、モーター、駆動機器、およびモーター駆動用の電池の質量が加わるので、これらの機器類の質量を小さくすることが求められている。長距離、あるいは長時間の移動時にモーターの作用を利用するためには容量が大きな電池が必要となる。
各種の電池のなかでも、質量エネルギー密度および容積エネルギー密度が大きなリチウムイオン電池は電動自転車には好適である。なかでもフィルム状外装材によって外装したフィルム外装電池は金属製の缶を外装材とした電池に比べてエネルギー効率が大きいという特徴を有している。
There are two types of electric bicycles: one that reduces the burden on the driver when the bicycle is driven by the action of a motor that is installed, and one that allows the driver to run without having to step on the pedal. Since the mass of a motor, a driving device, and a battery for driving the motor is added to the electric bicycle, it is required to reduce the mass of these devices. A battery with a large capacity is required to use the action of the motor during long-distance or long-time movement.
Among various types of batteries, a lithium ion battery having a large mass energy density and large volume energy density is suitable for an electric bicycle. In particular, a film-clad battery packaged with a film-shaped packaging material has a feature that its energy efficiency is higher than a battery using a metal can as a packaging material.
電動自転車には、車体に緩衝装置を介して取り付けた軸受けに車輪が装着されているものもあるが、車体に加わる衝撃は自動車とは大きく異なっている。このため、自転車の車体に取り付けた電池パックには路面からの衝撃、振動が大きい。
一方、エネルギー密度に優れたフィルム外装電池は、厚みが薄いフィルム状外装材で覆われているので金属製の外装缶に収納した電池に比べて衝撃、振動の対策が重要である。
特許文献1の電池パックでは、扁平なフィルム外装電池からの発熱を放熱するために、両端部の集熱板の間に間隔を設けて中間集熱板を配置した集熱部材を設けているが、各集熱板の間の三方が開放された空間に剛性が小さな扁平状電池を変形等を生じさせることなく挿入する作業には手数を必要とする。
Some electric bicycles have wheels mounted on a bearing attached to the vehicle body via a shock absorber, but the impact applied to the vehicle body is significantly different from that of an automobile. For this reason, the battery pack attached to the bicycle body has a large impact and vibration from the road surface.
On the other hand, since a film-clad battery excellent in energy density is covered with a thin film-shaped packaging material, countermeasures against impact and vibration are more important than a battery housed in a metal-made can.
In the battery pack of
また、扁平状電池の挿入を容易とするために間隔を大きくすると中間集熱板との間に空隙が生じるので、単位電池と集熱板との熱的接触が不十分なものとなる。一方、間隔が小さな場合には、短時間に作業をすることは困難となる。特許文献1の電池パックでは、集熱部材は三方が開放しているので、フィルム外装電池の固定、振動および衝撃対策には不十分であった。
Further, if the interval is increased in order to facilitate the insertion of the flat battery, a gap is generated between the intermediate heat collecting plate, and the thermal contact between the unit cell and the heat collecting plate becomes insufficient. On the other hand, when the interval is small, it is difficult to work in a short time. In the battery pack of
本発明は、上記課題を解決するものであって、フィルム状外装材に収納された扁平状電池を複数積層した電池連結構造体を複数収納する電池パックであって、前記扁平状電池の引出タブの引出方向を電池パックの使用時の形態において水平面に対して略水平方向よりも上方へ向けて配置した電池パックである。
本発明において、略垂直とは、垂直及び所望の作用効果を実質的に得ることができる状態を含み、例えば80°〜100°の角度をなすものも含む。略水平とは、水平及び所望の作用効果を実質的に得ることができる状態を含み、水平に対して10°〜20°の角度をなすものも含む。
前記電池連結構造体が、第一の板状部と、前記第一の板状部の幅方向の両端部に一体に結合し、前記第一の板状部の両面に対して略垂直方向に延びる第二の板状部とを有した電池保護部材を備え、前記第一の板状部に前記扁平状電池を載置したものである前記の電池パックである。
前記扁平状電池の載置面が前記第一の板状部の両面に形成されている前記の電池パックである。
前記扁平状電池の平板面が前記第一の板状部に積層されている前記の電池パックである。
前記扁平状電池がフィルム外装電池である前記の電池パックである。
前記保護部材の第一の板状部の長手方向に前記扁平状電池の引出タブが取り出された前記の電池パックである。
前記扁平状電池に両面接着テープの一方の接着面を接着して、前記第一の板状部または隣接する扁平状電池面に接着した前記の電池パックである。
前記の電池パックを備えた電動自転車である。
The present invention solves the above-described problem, and is a battery pack that houses a plurality of battery connection structures in which a plurality of flat batteries housed in a film-shaped exterior material are stacked, and the pull-out tab of the flat battery The battery pack is arranged so that the drawing direction of the battery pack is directed upward from the substantially horizontal direction with respect to the horizontal plane in the form when the battery pack is used.
In the present invention, the term “substantially vertical” includes a state in which vertical and a desired action and effect can be substantially obtained, and includes, for example, an angle of 80 ° to 100 °. The term “substantially horizontal” includes a state in which the horizontal and desired functions and effects can be substantially obtained, and includes those that form an angle of 10 ° to 20 ° with respect to the horizontal.
The battery connection structure is integrally coupled to the first plate-like portion and both end portions in the width direction of the first plate-like portion, and is substantially perpendicular to both surfaces of the first plate-like portion. The battery pack includes a battery protection member having a second plate-like portion extending, and the flat battery is placed on the first plate-like portion.
In the battery pack, the mounting surface of the flat battery is formed on both surfaces of the first plate-like portion.
In the battery pack, a flat plate surface of the flat battery is laminated on the first plate-like portion.
In the battery pack, the flat battery is a film-clad battery.
In the battery pack, a pull-out tab of the flat battery is taken out in a longitudinal direction of the first plate-like portion of the protection member.
In the battery pack, one adhesive surface of a double-sided adhesive tape is bonded to the flat battery, and the flat battery is bonded to the first plate-shaped portion or the adjacent flat battery surface.
An electric bicycle including the battery pack.
本発明に係る電池パックによれば、フィルム状外装材に外装したエネルギー効率に優れたリチウムイオン電池等を、本発明の軽量な電池保護部材によって衝撃等から確実な保護をするとともに、電池使用時の形態においても電池引出タブを略水平方向よりも上方へ配置したので、電動自転車の電池パックのように振動、衝撃を常時受ける用途において長期間の使用をした場合に万一、電池パックに対して重力方向に向かう力が繰り返し加わった場合でも、引出タブ部の短絡等の事態が生じない信頼性が大きな電池パックを提供することができる。 According to the battery pack of the present invention, the lithium ion battery excellent in energy efficiency packaged in a film-shaped exterior material is reliably protected from impacts and the like by the lightweight battery protection member of the present invention, and when the battery is used. Even in this form, the battery extraction tab is arranged above the substantially horizontal direction, so if it is used for a long time in an application that is constantly subject to vibration and impact like the battery pack of an electric bicycle, Thus, even when a force directed in the direction of gravity is repeatedly applied, it is possible to provide a highly reliable battery pack that does not cause a situation such as a short circuit of the drawer tab portion.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係る電池パックを構成する単位電池100を示す図である。この単位電池100としては、リチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われるリチウムイオン二次電池が用いられる。
また、本発明の単位電池100は、その形状が扁平であるので扁平状電池とも称す。
単位電池本体部110は、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された積層電極体、および電解液(いずれも図示しない)が、平面視で矩形のフィルム状外装材内に収容された構造となっている。そして、単位電池本体部110の上端部111からは、正極引出タブ120及び負極引出タブ130が引き出されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a
The
The unit battery
正極引出タブ120及び負極引出タブ130は、いずれも平面状で、フィルム状外装材内において、それぞれ、シート状正極、シート状負極と直接またはリード体などを介して接続されている。フィルム状外装材は、電池内側となる面に熱融着樹脂層を有し、電池外側となる面に保護フィルムを積層したアルミニウム箔等の金属箔に積層したフィルム状外装材が用いられる。
具体的には、アルミニウム箔の外面側に位置する面には、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート等の強度、および耐熱性を有する部材を、内面側には、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱融着性が良好な材料をそれぞれ積層したものを用いることができる。
The positive
Specifically, a member having strength and heat resistance such as nylon and polyethylene terephthalate is provided on the surface located on the outer surface side of the aluminum foil, and heat fusion property such as polypropylene and polyethylene is good on the inner surface side. Those obtained by laminating materials can be used.
フィルム状外装材によって、正極および負極をセパレータを介して積層した電池要素、および電解液を、内部に収容した状態でフィルム状外装材の周囲すなわち、上端部111、下端部112、2つの側端部113が熱融着されることで、その内部が密閉されている。
上記のような単位電池100においては、正極引出タブ120の材質としてはアルミニウムまたはアルミニウム合金が、また、負極引出タブ130の材質としては、ニッケル、ニッケルメッキをした銅、ニッケル−銅クラッドが一般的に用いられている。本実施形態においては、アルミニウム製の正極引出タブ120が、また、ニッケル製の負極引出タブ130がそれぞれ用いられている。
以上の説明では、フィルム状外装材が電池要素の上端部111、下端部112、2つの側端部113を熱融着するものについて説明したが、例えば、電池要素を一枚のフィルム状外装材を折り曲げて覆い、電池要素の三辺を熱融着によって封口したものであっても良い。この場合には、いずれの端部をフィルム状外装材の折り曲げ部としても良いが、下端部112をフィルム状外装材の折り曲げ部とすることが好ましい。
A battery element in which a positive electrode and a negative electrode are laminated via a separator by a film-shaped packaging material, and the periphery of the film-shaped packaging material in a state in which the electrolytic solution is accommodated therein, that is, an
In the
In the above description, the film-shaped exterior material has been described in which the
本発明に係る電池パックを構成する上では、単位電池100の正極性の引出タブと、この単位電池100に隣り合う単位電池100の負極性の引出タブとを、ボルトナットによって機械的に締め付けることで固着し、電気接続を行う。ここで、単位電池100のアルミニウム製の正極引出タブ120と、ニッケル製の負極引出タブとを機械的に固着させる構成では、電位差の問題により所定の年月が経過した後の導電性が劣化する可能性がある。そこで、本発明に係る電池パックにおいては、単位電池100の正極性の引出タブと、この単位電池100に隣り合う負極性の引出タブとを機械的に固着する箇所においては、ニッケル製部材同士が接触するようにして、引出タブ同士を連結した。
このための構成について説明する。図1に示すように、電池パックを構成する上では、単位電池100におけるアルミニウム製の正極引出タブ120は上端部111から長さaとされ、ニッケル製の負極引出タブ130は上端部111から長さb(b>a)とされる。次に、長さaのアルミニウム製の正極引出タブ120に対しては、上端部111からの長さがbとなるように、ニッケル製のタブ部材125が超音波溶着によって接合され、継ぎ足される(図2、図3参照)。単位電池100同士を直列接続するために、正極性の引出タブとしてのタブ部材125には穴127が設けられ、負極引出タブ130には穴137が設けられる。なお、以下、タブ部材125が接合されて形成された引出タブ全体を、正極引出タブ120と称することもある。
後述するように、本発明に係る電池パックにおいては、複数の単位電池100を電気接続する上では、ニッケル製部材同士(タブ部材125、負極引出タブ130)が接触するようにして、異なる極性の引出タブ同士を連結するので、隣り合う単位電池同士の電気接続部は、同種の金属材料による電気接続となり、電位差の問題がなく、年月の経過による導電性の劣化が発生することがほとんどなくなる。
In configuring the battery pack according to the present invention, the positive pull-out tab of the
A configuration for this will be described. As shown in FIG. 1, in configuring the battery pack, the aluminum positive
As will be described later, in the battery pack according to the present invention, when electrically connecting a plurality of
次に、本発明の実施形態に係る電池パックにおいて、複数の単位電池100の正極性の引出タブと負極性の引出タブとを電気接続する上で用いられるホルダ部材200について説明する。図4はホルダ部材200を説明する図であり、図4(A)は第1の主面側からホルダ部材200を見た図であり、図4(B)は第2の主面側からホルダ部材200を見た図であり、
図4(C)は図4(A)のX−X’断面を示す図であり、図4(D)はホルダ部材200を側面から見た図である。
ホルダ部材200は、第1面210と、この第1面210と表裏の関係にある第2面250が形成されてなるABS樹脂などの合成樹脂製の部材である。ホルダ部材200の第1面210の第1列211には、図4(A)でみて、上から下に引出タブ挿通穴215が並んで形成されている。同じく、第1面210の第2列212側にも、上から下に引出タブ挿通穴215が並んで形成されている。ホルダ部材200に単位電池100を取り付けられる際には、この第1面210側に設けられた引出タブ挿通穴215が利用される。引出タブ挿通穴215は、第1面210側から第2面250側に貫通する穴で、単位電池100の引出タブを挿通可能な穴である。
Next, in the battery pack according to the embodiment of the present invention, the
FIG. 4C is a view showing a cross section taken along line XX ′ of FIG. 4A, and FIG. 4D is a view of the
The
図4(A)で見て、第1列211及び第2列212の上側、下側には、引出タブ案内リブ203が設けられている。また、第1列211側の引出タブ案内リブ203に挟まれるようにして引出タブ引回部213が、また、第2列212側の引出タブ案内リブ203に挟まれるようにして引出タブ引回凹部214が設けられている。
第1列211側においては、引出タブ案内リブ203による規制に基づいて、直列接続される複数の単位電池100のうちの端部側の単位電池100の引出タブが、第1面210側から第2面250側に、引出タブ引回部213を通るようにして、案内されるようになっている。
また、第2列212側においては、引出タブ案内リブ203による規制に基づいて、直列接続される複数の単位電池100のうちの端部側の単位電池100の引出タブが、第1面210側から第2面250側に、引出タブ引回凹部214を通るようにして、案内されるようになっている。
As shown in FIG. 4A, on the upper side and the lower side of the
On the
On the
直列接続される複数の単位電池100のうち、端部側にない単位電池100の引出タブは、引出タブ挿通穴215に挿通するようにして、ホルダ部材200に取り付けられる。この引出タブ挿通穴215の上下(図4(A)で見て)には、これを上下から挟むような引出タブガイド突状部220が設けられている。この引出タブガイド突状部220は、頂部221とこれに連なる2つのテーパー側面222とにより概略構成されており、単位電池100の引出タブを引出タブ挿通穴215に挿通させようとする際には、2つのテーパー側面222で挟まれる空間が徐々に狭くなるようになっており、単位電池100のホルダ部材200への取り付けが容易となっている。このため、複数の単位電池100を直列に接続する際の作業効率が向上し、生産性を高めることができる。
Of the plurality of
ホルダ部材200の第2面250においては、基板300が取り付けられるようになっている。この基板300上で、隣り合う単位電池100の引出タブ同士が折り重ねられて、連結され、導通が図られる。隣り合う単位電池100の引出タブ同士を連結する際には、ボルトナットによる機械的な固着によるが、このためのナット256を収容するためのナット収容部255が第2面250側の第1列211側に6個、第2列212側に5個設けられている。また、第2面250側においては、基板300上に形成される単位電池100の引出タブ連結部間、或いは、引出タブ連結部と引出タブとの間の絶縁を確保するための仕切り片260が、第1列211側に3箇所、第2列212側に2箇所設けられている。
位置合わせ用突起部263は、基板300をホルダ部材200に取り付ける際の位置合わせに用いられる突起で、第1列211側及び第2列212側のそれぞれに1つずつ配されている。また、上記の位置合わせ用突起部263を用いて、基板300をホルダ部材200に取り付けた後に、基板300とホルダ部材200とを固着するために利用されるネジ穴270が、第1列211側及び第2列212側のそれぞれに1つずつ設けられている。
The
The alignment protrusions 263 are protrusions that are used for alignment when the
次に、本発明の実施形態に係る電池パックにおいて、複数の単位電池100の引出タブ同士の連結部が形成される基板300の構成について説明する。
図5は本発明の実施形態に係る電池パックで単位電池100の直列接続の利用される基板300の斜視図である。
主としてガラスエポキシなどを基材として構成されてなる基板300はホルダ部材200の第2面250側に取り付けられて利用されるものであり、基板300の外周形状は、ホルダ部材200の第2面250側の外周形状に略一致するようになっている。基板300の外周の2箇所には、ホルダ部材200の引出タブ引回凹部214に対応するように引出タブ引回切欠部314が形成されている。
また、基板300には、ホルダ部材200の引出タブ挿通穴215に対応するように、引出タブ引出穴315が設けられている。また、基板300には、ホルダ部材200の仕切り片260に対応するように、仕切り片引出穴317が設けられている。また、基板300には、ホルダ部材200の引出タブ挿通穴215と仕切り片260の双方に対応するような、引出タブ・仕切り片引出穴316が設けられている。これらの穴は、いずれも基板300の一方の主面から、他方の主面に貫通する穴であり、単位電池100の引出タブや、仕切り片260などが挿通可能に構成されるものである。
単位電池100の引出タブが、ボルトナットで基板300に固着される箇所には、薄膜電極部320a、薄膜電極部320b、薄膜電極部320cが設けられている。
Next, in the battery pack according to the embodiment of the present invention, the configuration of the
FIG. 5 is a perspective view of a
The
The
A thin film electrode part 320a, a thin
薄膜電極部320aは、基板300上に固着されている金属製の正極端子用電極座金321と導通が図られており、薄膜電極部320cは基板300上に固着されている金属製の負極端子用電極座金322と導通が図られている。正極端子用電極座金321及び負極端子用電極座金322には、直列接続される単位電池100の端部の引出タブが接続されることとなるので、正極端子用電極座金321及び負極端子用電極座金322は電池パックとしての電力の充放電のための端子として利用されることとなる。
また、薄膜電極部320bは、コネクタ340の不図示の端子部と導通が図られており、個々の単位電池100のモニタを行うための電位が、コネクタ340を介して測定できるようになっている。なお、コネクタ340は、単位電池100の温度を測定する温度測定センサ(不図示)からの信号を取り出せるように構成することもできる。
The thin film electrode portion 320 a is electrically connected to the metal positive
Further, the thin
また、薄膜電極部320a、薄膜電極部320b、薄膜電極部320cのそれぞれには、単位電池100の引出タブの固着に利用される引出タブ接続ボルト257が挿通される引出タブ接続ネジ穴325が設けられている。薄膜電極部320a及び薄膜電極部320cにおいては、直列接続される単位電池100のうち端部の単位電池100の引出タブが1枚固着されるようになっている。一方、薄膜電極部320bは、隣り合う単位電池100の引出タブが折り重ねられるようにして2枚固着されるようになっている。
基板300には、ホルダ部材200の第2面250側に設けられている位置合わせ用突起部263に対応する位置合わせ穴328が2つ形成されており、2つの位置合わせ用突起部263を、位置合わせ穴328に貫通させることにより、簡便にホルダ部材200と基板300とを固着する際の位置合わせが行えるようになっており、生産性向上に寄与している。また、基板300に形成されている基板固着ネジ穴329は、ホルダ部材200と基板300とを固着するために利用される基板固着ネジ271を挿通する穴である。
Further, each of the thin film electrode part 320a, the thin
Two
次に、本発明の実施形態に係る電池パックにおいて、複数の単位電池100を直列接続し電池連結構造体500としたときに、これを保護するための電池保護部材400について説明する。
図6は本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池保護部材400を説明する図であり、図6(A)は単位電池100の主面が貼着される第一の板状部410を臨むように電池保護部材400を見た図であり、図6(B)は図6(A)の上側から電池保護部材400を見た図である。
電池保護部材400は、単位電池100を載置する際に、載置された単位電池100間に介挿されるようにして利用されるものであり、単位電池100を載置する際に、載置された単位電池100間に介挿されるようにして利用されるものである。
電池保護部材400は、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂で形成することができる。こういった材料を用いることで、電池保護部材400を軽量かつ安価に実現できる。
また、電池保護部材400は、金属製部材、良熱伝導性材料粒子を分散した合成樹脂製部材製でも形成することができる。こういった材料を用いることで、電池保護部材400を熱伝導性が良好であってかつ軽量に実現できる。
具体的には、金属製部材が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅から選ばれるいずれかであり、良熱伝導性材料粒子が窒化アルミニウム、窒化ケイ素、アルミナのいずれかである。
合成樹脂材料としては、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂を挙げることができ、これらに良熱伝導性材料粒子を分散した材料を挙げることができる。
これらのなかでも、アルミニウム、アルミニウム合金が好ましい。
アルミニウム、アルミニウム合金等の場合には、表面をアルマイトを処理して絶縁層をしたり、絶縁性皮膜を形成することが好ましい。これによって、万一保護部材に電圧の印加部が接触しても問題の発生を防止することができる。
電池保護部材400の第一の板状部410は、単位電池100と、これと直列接続される単位電池100との間に挟まれる部材である。一方、第一の板状部410の両端部からは、第一の板状部410に垂直な方向に第二の板状部440が延在するように設けられている。したがい、図6(B)に示すように、電池保護部材400は断面がH字状の部材となる。
また、第一の板状部410には、最も深い切り欠き部である第1切欠部421と、この第1切欠部421の両サイドに配され、第1切欠部421に次いで深い切り欠き部である第2切欠部422と、第2切欠部422の両側に配された最も浅い切り欠き部である第3切欠部423とからなる切欠部420が構成されている。
Next, in the battery pack according to the embodiment of the present invention, when a plurality of
FIG. 6 is a view for explaining a
The
The
The
Specifically, the metal member is any one selected from aluminum, an aluminum alloy, and copper, and the good heat conductive material particles are any one of aluminum nitride, silicon nitride, and alumina.
Examples of the synthetic resin material include an ABS resin, a polyethylene terephthalate resin, and a polycarbonate resin, and materials in which good heat conductive material particles are dispersed can be cited.
Of these, aluminum and aluminum alloys are preferable.
In the case of aluminum, aluminum alloy or the like, it is preferable to treat the surface with anodized to form an insulating layer or to form an insulating film. Thereby, even if a voltage application part contacts a protection member, generation | occurrence | production of a problem can be prevented.
The first plate-
Further, the first plate-
次に、以上のような各部材から、単位電池100を連結してなる電池連結構造体500を製造する手順について図7乃至図17に基づいて説明する。図7乃至図17は本発明の実施形態に係る電池パックを構成する電池連結構造体500の製造工程を説明する図である。
まず、図7に示す工程においては、ホルダ部材200の第2面250に設けられている全てのナット収容部255に対してナット256を装着する。ナット収容部255の内周は、ナット収容部255にナット256が内嵌されると、ナット256が簡単には外れない程度の寸法とされている。
続く図8に示す工程では、ホルダ部材200の位置合わせ用突起部263を、基板300の位置合わせ穴328に挿通させることで、ホルダ部材200と基板300との位置合わせを行う。続いて、2つの基板固着ネジ271を、基板固着ネジ穴329に挿通させて、ネジ穴270にネジ留めすることで、ホルダ部材200と基板300とを固着する。なお、基板固着ネジ穴329としては、様々な種類のネジを利用することができるが、タッピング用のネジを用いることで、製造時の作業効率が向上する。
Next, a procedure for manufacturing the
First, in the process shown in FIG. 7, the
In the subsequent process shown in FIG. 8, the
次の図9に示す工程では、ホルダ部材200の第1面210に単位電池100を配し、単位電池100の負極引出タブ130を、引出タブ引回凹部214を利用して基板300の薄膜電極部320bに接触するようにして折り曲げる。また、単位電池100の正極引出タブ120を、引出タブ引回部213を利用して、基板300の薄膜電極部320aに接触するようにして折り曲げ、引出タブ接続ボルト257を正極引出タブ120の穴127・引出タブ接続ネジ穴325に挿通し、引出タブ接続ボルト257と、ナット収容部255に収容されているナット256とを螺着させる。これにより、第1番目の単位電池100の取り付けが完了する。
In the next step shown in FIG. 9, the
次の図10に示す工程では、ホルダ部材200の第1面210側での作業となる。この工程では、図示するように、単位電池100の上主面に2条の両面接着テープ460を貼着する。この両面接着テープ460は、ホルダ部材200に第1番目に取り付けられる単位電池100と、ホルダ部材200に第2番目に取り付けられる単位電池100と間の固着を行うために用いられるものである。両面接着テープ460を単位電池100の主面に、図示するように2条設けるのは、2つの両面接着テープ460の中間に、後述するスペーサーを配して生産性を上げるようにしているからである。
The next step shown in FIG. 10 is an operation on the
続く図11に示す工程においては、両面接着テープ460の厚さ分以上のスペーサー(不図示)を、第1番目に取り付けられた単位電池100の上に配した上で、さらに、このスペーサー上を滑らせるようにして、第2番目の単位電池100の2つの引出タブを引出タブ挿通穴215に挿通するようにしている。2つの引出タブ挿通穴215の上下には、前述したように引出タブガイド突状部220が配されており、さらに、引出タブガイド突状部220にテーパー側面222が設けられているため、上下の引出タブガイド突状部220に挟まれる空間は徐々に狭くなるようになっている。これにより、単位電池の引出タブをホルダ部材200の引出タブ挿通穴215に簡単に導くことができるようになっている。
In the subsequent process shown in FIG. 11, after a spacer (not shown) having a thickness equal to or larger than the thickness of the double-sided
ここで、ホルダ部材200に対して第1番目に取り付けられる単位電池100の正極引出タブ120は第1列211側に、負極引出タブ130は第2列212側になるように配されるが、ホルダ部材200に対して第2番目に取り付けられる単位電池100の正極引出タブ120は第2列212側に、負極引出タブ130は第1列211側になるように配される。以下、単位電池100を順次載置する上では、奇数番目に取り付けられる単位電池100の正極引出タブ120は第1列211側に、負極引出タブ130は第2列212側になるように配され、偶数番目に取り付けられる単位電池100の正極引出タブ120は第2列212側に、負極引出タブ130は第1列211側になるように配される。このように、載置方向において、隣り合う単位電池100の引出タブの向きが異なるように配されているため、基板300側では、載置方向斜めの接続を行う必要がない。
第2番目の単位電池100の上端部111がホルダ部材200の第1面210に突き当てられるまで押し込まれたことを確認した上で、次の基板300側の作業に移行する。
Here, the positive
After confirming that the
続く図12に示す工程においては、第2番目に取り付けられた単位電池100の正極引出タブ120は図示下側に折り曲げられ、第1番目に取り付けられた単位電池100の負極130と重ねられる。このようにされた上で、引出タブ接続ボルト257を、各引出タブの穴・引出タブ接続ネジ穴325に挿通し、引出タブ接続ボルト257とナット256とを螺着させて、薄膜電極部320b上に第1番目に取り付けられた単位電池100の負極引出タブ130と、第2番目に取り付けられた単位電池100の正極引出タブ120との連結部を形成し、電気接続を完了する。
一方、第2番目に取り付けられた単位電池100の負極引出タブ130は図で示す上側に折り曲げられ、第3番目に取り付けられた単位電池100の正極引出タブ120との連結の準備を行う。
In the subsequent step shown in FIG. 12, the positive electrode pull-out
On the other hand, the negative
次の図13に示す工程においては、第2番目の単位電池100を取り付けた場合と同様の要領で、スペーサーを用いて、電池保護部材400を取り付ける。第2番目の単位電池100の上面と、電池保護部材400の下面とは2条の両面接着テープ460によって貼着される。さらに、図示するように、電池保護部材400の上面に2条の両面接着テープ460を貼着する。この両面接着テープ460によって、電池保護部材400と、ホルダ部材200に第3番目に取り付けられる単位電池100との間の固着を行う。
In the next step shown in FIG. 13, the
図14は、これまで説明した方法と同様の方法によって、第3番目の単位電池100から第8番目の単位電池100を、ホルダ部材200・基板300に順次取り付けた状態を示している。基板300側においては、単位電池100がひとつずつ取り付けられる度毎に、引出タブを折り重ねて、引出タブ接続ボルト257を利用して、隣り合う単位電池100の引出タブを連結し、電気接続を行っている。
FIG. 14 shows a state in which the
次の図15に示す工程においては、第8番目の単位電池100を取り付けた後に、さらに、電池保護部材400を取り付けた状態を示している。このように、本実施形態に係る電池連結構造体500においては、二つの電池保護部材400が配されており、電池保護部材によって保護された二つの電池保護部材ブロック450が形成されて、各単位電池100を外的な衝撃などから保護するようになっている。
また、単位電池100は、第一の板状部420からの第二の板状部440の高さ方向の上端部を越えて載置している。このように、第二の板状部440の上端部を越えて単位電池を載置することによって、単位電池の周囲からの放熱が良好にすることができる。
上記の第二の板状部の上端部を越えて載置する電池は、図上で上部または下部のいずれか、あるいは両者の電池保護部材400に載置することができる。
The process shown in FIG. 15 shows a state where the
The
The battery placed beyond the upper end of the second plate-like part can be placed on either the upper part or the lower part of the figure, or the
図16は、電池保護部材400の第一の板状部420上に、さらに第9番目の単位電池100と、第10番目の単位電池100を、ホルダ部材200・基板300に取り付けた状態を示している。
第10番目の単位電池100の負極引出タブ130については、引出タブ引回部213を利用して、基板300薄膜電極部(図示せず)に固着する。これにより、第1番乃至第10番目までの単位電池100の各引出タブが、基板300上で連結されて、10個の単位電池100の直列接続が完了して二つの電池保護部材ブロック450を備えた電池連結構造体500が完成する。
また、この図で示す電池連結構造体500は、電池保護部材の側面の第二の板状部440の第一の板状部420面からの高さ方向の上端部を越えて単位電池100が載置されており、一部の単位電池は、側面が第二の板状部400によって覆われていない。
したがって、載置した単位電池100には、上下の電池保護部材400の第二の板状部440の間からも周囲の空気が流通することになり単位電池100の放熱特性が向上する。
FIG. 16 shows a state in which the
The negative
Further, in the
Therefore, ambient air flows from between the second plate-
フィルム状外装材で外装された単位電池100は、周囲に熱融着部を有しており、側端部113は折り曲げておらず、その側端部113は、電池保護部材400の第二の板状部440の内面に接触する大きさを有しているので、電池保護部材400上で正確な位置決めを行うとともに第一の板状部上に円滑に載置することができる。
また、フィルム状外装材は、柔軟であるものの熱融着部は、他の部分に比べて硬度が高い部分が形成されているので、側端部113からの加わる力には十分な耐力を有しているので、振動、衝撃等を受け止めることが可能となる。
The
In addition, although the film-like exterior material is flexible, the heat-sealed portion is formed with a portion having a higher hardness than other portions, so that the force applied from the
図17は、図16で示した電池連結構造体を基板側から見た図である。
直列接続された10個の単位電池100への充放電は、基板300に取り付けられた正極端子用電極座金321及び負極端子用電極座金322を利用して行われる。正極端子用電極座金321には端子部材331が、また、負極端子用電極座金322には端子部材332が取り付けられている。
17 is a view of the battery connection structure shown in FIG. 16 as viewed from the substrate side.
Charging / discharging of the ten
以上のように、本発明に係る電池パックによれば、複数の単位電池100の正極性の引出タブと負極性の引出タブとを、ホルダ部材200の引出タブ挿通穴215に挿通する作業を行い、複数の単位電池100の互いに異なる極性の引出タブ同士を基板300上で連結するように構成するので、電池バックを製造する上での作業効率が高く、生産性が向上する。
また、複数の単位電池100の互いに異なる極性の引出タブ同士を引出タブ接続ボルト257とナット256により基板300上で連結するように構成されているので、複数の単位電池100同士を簡単に電気接続することができ、電池バックを製造する上での作業効率が高くなり、生産性が向上する。
As described above, according to the battery pack of the present invention, the work of inserting the positive and negative pull-out tabs of the plurality of
Further, since the pull-out tabs of the plurality of
次に、以上のように構成される電池連結構造体500を用いて、本発明に係る電池パックを構成する工程について、図18乃至図25を参照して説明する。
図18に示す工程では、電池連結構造体500を収容するための第1ケース体600に対して、第1ケース体600に設けられている放電端子取付凹部611及び充電端子取付凹部612を利用して、放電端子613及び充電端子614をネジ留めする。
Next, a process of forming a battery pack according to the present invention using the
In the process illustrated in FIG. 18, the discharge
図19に示す工程では、第1ケース体600の第2収容部602に第1緩衝部材621を、また、回路収容部603に第2緩衝部材622を接着剤などで取り付ける。
本発明の電池パックは、図18,19に示すように、電池パックの底部の水抜き穴682とともに、上部区画部680に水抜き穴681を設けている。
In the process shown in FIG. 19, the
As shown in FIGS. 18 and 19, the battery pack of the present invention is provided with a
図20に示す工程では、第2ケース体660の第2収容部662に第3緩衝部材663を接着剤などで取り付ける。
図21及び図22に示す工程は、電池連結構造体500に対して、緩衝材を取り付ける工程が行われる。本発明に係る電池パックにおいては、第1の電池連結構造体500、及び、第2の電池連結構造体500の2つの構造体が電池パックに収容される構成となっている。
図21の工程においては、第1の電池連結構造体500に対して、端部の単位電池100に肉厚の第4緩衝部材504が取り付けられ、全ての電池保護部材の第二の板状部に、第4緩衝部材504より薄い第5緩衝部材505が取り付けられる。第4緩衝部材504・第5緩衝部材505を各部に取り付ける際には接着剤などが利用される。
一方、図22の工程においては、第2の電池連結構造体500に対して、端部の単位電池100に第4緩衝部材504が取り付けられ、一方側の電池保護部材の第二の板状部にのみ、第5緩衝部材505が取り付けられる。先ほど同様、第4緩衝部材504・第5緩衝部材505を各部に取り付ける際には接着剤などが利用される。
In the process illustrated in FIG. 20, the
The process shown in FIG.21 and FIG.22 performs the process of attaching a shock absorbing material with respect to the
In the process of FIG. 21, a thick
On the other hand, in the step of FIG. 22, the
図23に示す工程においては、放電端子613及び充電端子614と保護回路基板700とが結線されると共に、第1ケース体600の回路収容部603に保護回路基板700がネジ留めされる。
23, the
図24に示す工程においては、第1ケース体600の第1収容部601に第1の電池連結構造体500Aを、また、第2収容部602に第2の電池連結構造体500Bがそれぞれ収容される。
緩衝部材を取り付けた第1の電池連結構造体500Aは、第1収容部601に対してクリアランスが正CPを第1収容部601の底面に平行にして、クリアランスが負CMを第1収容部601の底面と垂直方向に配置して収容する。
また、緩衝部材を取り付けた第2の電池連結構造体500Bについても、第2収容部602に対してクリアランスが正CPを第1収容部601の底面に平行にして、クリアランスが負CMを第2収容部602の底面と垂直方向に配置して収容する。
なお、クリアランスが正であるとは、収容部の大きさに対して、緩衝部材間の外面の距離が1.5mm〜2mm小さいことを意味し、1.5mmから2mmの隙間が生じることを意味する。また、クリアランスが負であるとは、収容部の大きさに対して、緩衝部材間の外面の距離が3mm〜4mm大きく、緩衝部材を押しつぶすことが必要であることを意味する。
また、緩衝部材には、独立発泡気泡を有する発泡体を用いることができる。具体的には、耐候性、使用温度範囲の広さからクロロプレンゴムを主成分とするネオプレン(デュポン社)を発泡させたネオプレンスポンジが好適である。
In the process shown in FIG. 24, the first battery connection structure 500A is accommodated in the
The first battery connection structure 500A to which the buffer member is attached has a positive CP that is parallel to the bottom surface of the
In addition, the second battery connection structure 500B to which the buffer member is attached also has a positive CP that is parallel to the bottom surface of the
Note that the positive clearance means that the distance between the outer surfaces of the buffer members is 1.5 mm to 2 mm smaller than the size of the accommodating portion, and a gap of 1.5 mm to 2 mm is generated. To do. Further, the negative clearance means that the distance between the outer surfaces of the buffer members is 3 mm to 4 mm larger than the size of the accommodating portion, and it is necessary to crush the buffer members.
Moreover, the foam which has an independent foaming cell can be used for a buffer member. Specifically, a neoprene sponge obtained by foaming neoprene (DuPont) mainly composed of chloroprene rubber is suitable because of its weather resistance and wide operating temperature range.
緩衝部材を取り付けた第1の電池連結構造体500Aと緩衝部材を取り付けた第2の電池連結構造体500Bは、それぞれ保護回路基板700と配線長が略等しいリード線によって結線されるので、配線を短くすることが可能となるとともに、保護回路基板とそれぞれの電池連結構造体との間のインピーダンスを等しくすることができる。
その結果、二つの電池連結構造体を並列に接続した場合には電池のエネルギーを効率的に取り出すことが可能となる。
The first battery connection structure 500A to which the buffer member is attached and the second battery connection structure 500B to which the buffer member is attached are connected to the
As a result, when two battery connection structures are connected in parallel, battery energy can be efficiently extracted.
また、第1収容部601に収容される第1の電池連結構造体の扁平状電池の載置面は第1収容部の底面601Uと平行である。一方、第2の電池連結構造体の扁平状電池の載置面は第2収容部の底面602Uに対して直交している。第1収容部の底面601Uと、第2収容部の底面602Uは平行であるので、第1、および第2電池連結構造体のそれぞれの扁平状電池の載置面は直交する。
また、第1の電池連結構造体および第2電池連結構造体の扁平状電池の載置面を直交するように配置して、同一形状、構造の電池連結構造体を、厚みが厚い第1収容部601と、厚みが薄い第2収容部602に装着する。
Moreover, the mounting surface of the flat battery of the first battery connection structure housed in the
Also, the first battery connection structure and the second battery connection structure are arranged so that the flat battery mounting surfaces are orthogonal to each other, and the battery connection structure having the same shape and structure is accommodated in the first container having a large thickness. It attaches to the
電池パックを自転車に装着した使用時の形態において上部に位置する第1収容部601対しては、扁平状電池の引出タブの引出方向Aは、第1収容部601のA側に向けて収容される。電池パックの使用状態において下部に位置する第2収容部601には、扁平状電池の引出タブの引出方向Bは、第1収容部602のB側に向けて収容される。
その結果、第1収容部、第2収容部のいずれに収容された電池連結構造体にあっても、扁平状電池の引出タブの引出方向を電池パックの使用時の形態において水平面に対して略水平方向よりも上方へ向けて配置することが可能となる。
With respect to the
As a result, even in the battery connection structure housed in either the first housing portion or the second housing portion, the pull-out direction of the flat battery pull-out tab is substantially the same as the horizontal plane in the form of use of the battery pack. It becomes possible to arrange | position toward the upper direction rather than the horizontal direction.
図25に示す工程において、第1ケース体600と第2ケース体660とがネジ止めされる。
この工程において、第1ケース体600上に第2ケース体を載置して、緩衝部材を取り付けた電池連結構造体のクリアランスが負である方向を押圧してネジ止めすることで、振動、衝撃によって電池連結構造体が移動することはない本発明に係る電池パックが完成する。
In the step shown in FIG. 25, the
In this process, the second case body is placed on the
図26は、本発明の電池パックを装着した電動自転車を説明する図である。
電動自転車1は、フレーム2に、本発明の電池パック4を装着しており、電動自転車の駆動機構3に対して電力を供給している。
電池パック4は、図24で説明したように、同一形状の電池連結構造体を収容する構造が異なる二つの収容部を有しており、図24の第1収容部601に対応する厚みが厚い電池パック上部41は、サドル5と後輪の間の空間に位置しているので、自転車乗車時には足等が接触することはない。
また、図24の第1収容部602に対応する厚みが薄い電池パック下部42は、シートチューブ6と後輪の間の空間に位置しているが、第1収容部は、厚みが薄いのでペダル7を回転させてもペダルや足が接触することはない。
また、本発明の電池パック4は、路面からの振動、衝撃を受けるフレーム2に直接装着しているが、電池パック4内には、振動、衝撃の対策が施されているので、安定した作動が実現できる。
FIG. 26 is a diagram illustrating an electric bicycle equipped with the battery pack of the present invention.
The
As described with reference to FIG. 24, the battery pack 4 has two housing portions having different structures for housing the battery connection structures of the same shape, and has a large thickness corresponding to the
The thin battery pack
The battery pack 4 of the present invention is directly attached to the
本発明に係る電池パックによれば、フィルム状外装材に外装したエネルギー効率に優れたリチウムイオン電池等を、本発明の軽量な電池保護部材によって衝撃等から確実に保護するとともに,電池使用時の形態においても電池引出タブを略水平方向よりも上方へ配置したので、電動自転車の電池パックのように振動、衝撃を常時受ける用途において長期間の使用をした場合に万一、電池パックに対して重力方向に向かう力が繰り返し加わった場合でも、引出タブ部の短絡等の事態が生じない信頼性が大きな電池パックを提供することができる。 According to the battery pack according to the present invention, the lithium ion battery having excellent energy efficiency that is packaged on the film-shaped exterior material is reliably protected from impact and the like by the lightweight battery protection member of the present invention, and at the time of using the battery. Also in the form, the battery drawer tab is arranged above the substantially horizontal direction, so if it is used for a long time in applications that receive vibration and impact at all times like the battery pack of an electric bicycle, Even when a force in the direction of gravity is repeatedly applied, it is possible to provide a highly reliable battery pack that does not cause a situation such as a short circuit of the drawer tab portion.
1・・・電動自転車、2・・・フレーム、3・・・駆動機構、4・・・電池パック、41・・・電池パック上部、42・・・電池パック下部、5・・・サドル、6・・・シートチューブ、7・・・ペダル、100・・・単位電池、110・・・単位電池本体部、111・・・上端部、112・・・下端部、120・・・正極引出タブ、125・・・タブ部材、127・・・穴、130・・・負極引出タブ、137・・・穴、200・・・ホルダ部材、203・・・引出タブ案内リブ、210・・・第1面、211・・・第1列、212・・・第2列、213・・・引出タブ引回部、214・・・引出タブ引回凹部、215・・・引出タブ挿通穴、220・・・引出タブガイド突状部、221・・・頂部、222・・・テーパー側面、250・・・第2面、255・・・ナット収容部、256・・・ナット、257・・・引出タブ接続ボルト、260・・・仕切り片、263・・・位置合わせ用突起部、270・・・ネジ穴、271・・・基板固着ネジ、300・・・基板、314・・・引出タブ引回切欠部、315・・・引出タブ引出穴、316・・・引出タブ・仕切り片引出穴、317・・・仕切り片引出穴、320a、320b、320c・・・薄膜電極部、321・・・正極端子用電極座金、322・・・負極端子用電極座金、325・・・引出タブ接続ネジ穴、328・・・位置合わせ穴、329・・・基板固着ネジ穴、331、332・・・端子部材、340・・・コネクタ、400・・・電池保護部材、410・・・第一の板状部、420・・・切欠部、421・・・第1切欠部、422・・・第2切欠部、423・・・第3切欠部、440・・・第二の板状部、450・・・電池保護部材ブロック、460・・・両面接着テープ、500・・・電池連結構造体、504・・・第4緩衝部材(厚)、505・・・第5緩衝部材(薄)、600・・・第1ケース体、601・・・第1収容部、602・・・第2収容部、603・・・回路収容部、611・・・放電端子取付凹部、612・・・充電端子取付凹部、613・・・放電端子、614・・・充電端子、621・・・第1緩衝部材、622・・・第2緩衝部材、660・・・第2ケース体、661・・・第1収容部、662第2収容部、663・・・第3緩衝部材、673・・・回路収容部、680・・・上部区画部、681,682・・・水抜き穴、700・・・保護回路基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記扁平状電池の引出タブの引出方向を
電池パックの使用時の形態において
水平面に対して略水平方向よりも上方へ向けて配置した
ことを特徴とする電池パック。 A battery pack that stores a plurality of battery connection structures in which a plurality of flat batteries stored in a film-shaped exterior material are stacked ,
A battery pack, wherein the flat battery has a pull-out tab arranged so that a pull-out direction of the flat battery is directed upward from a substantially horizontal direction with respect to a horizontal plane in the form of use of the battery pack.
前記第一の板状部に前記扁平状電池を載置したものであることを特徴とする請求項1記載の電池パック。 The battery connection structure is integrally coupled to the first plate-like portion and both end portions in the width direction of the first plate-like portion, and is substantially perpendicular to both surfaces of the first plate-like portion. A battery protection member having a second plate-like portion extending;
The battery pack according to claim 1, wherein the flat battery is placed on the first plate-like portion.
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