CN109216608B - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制端板与侧板的连结部处的弯曲应力的产生的电池模块。电池模块(1)具备：单电池层叠体(2)，其通过在前后方向上层叠多个单电池(21)而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；一对端板(3)，它们配置在该单电池层叠体(2)的前表面及后表面；以及一对侧框架(4)，它们配置在单电池层叠体(2)的右表面及左表面，其中，端板(3)的端部与侧框架(4)的端部具有从上下方向观察时重叠的重合部(R)，在该重合部(R)设有沿着上下方向贯通的贯通孔(34、44)，在该贯通孔(34、44)中穿过有连结轴(5)。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及一种搭载在电动车辆等上的电池模块。
背景技术
一直以来在电动车辆等上搭载有电池模块。例如，在专利文献1、2中公开有电池模块，该电池模块具备：单电池层叠体，其通过在前后方向上层叠多个单电池而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；一对端板，它们配置在该单电池层叠体的前表面及后表面；以及紧固连结框架，其将该一对端板连结。
在这种电池模块中，起因于温度变化或年久老化所引起的单电池的膨胀而产生电池模块的单电池层叠方向的载荷(以下还适当称作单电池厚度约束反作用力)。近年来，随着单电池的高容量化、高能量密度化，趋向于在单电池内填入更多的活性物质，因此存在上述单电池厚度约束反作用力增加的趋势。
在先技术文献
专利文献1：日本专利第5405102号公报
专利文献2：日本特开2012-256466号公报
专利文献1中所记载的电池模块具备配置在单电池层叠体的右表面及左表面上的侧框架(金属带)，该侧框架分别具有：侧框架主体；以及前凸缘部及后凸缘部，它们从侧框架主体绕到单电池层叠体(端板)的前表面及后表面。这种结构中，起因于单电池的膨胀的单电池层叠方向的载荷集中作用于侧框架的前凸缘部及后凸缘部，因此有可能在前凸缘部与侧框架主体的连结部或后凸缘部与侧框架主体的连结部上产生较大的弯曲应力。
另外，专利文献2中所记载的电池模块具备配置在单电池层叠体的右表面及左表面上的侧框架，通过螺栓将该侧框架的前后端部一体地紧固连结在端板的左右侧面。在这种结构中，起因于单电池的膨胀的单电池层叠方向的载荷集中作用于侧框架与端板的紧固连结部，因此有可能在螺栓紧固连结部上发生滑动、变形。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制端板与侧板的连结部处的弯曲应力的产生的电池模块。
为了实现上述目的，技术方案1中记载的发明为一种电池模块(例如后述实施方式的电池模块1)，其具备：
单电池层叠体(例如后述实施方式的单电池层叠体2)，其通过在前后方向上层叠多个单电池(例如后述实施方式的单电池21)而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；
一对端板(例如后述实施方式的端板3)，它们配置在该单电池层叠体的所述前表面及所述后表面；以及
一对侧框架(例如后述实施方式的侧框架4)，它们配置在所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面，其中，
所述端板的端部与所述侧框架的端部具有从上下方向观察时重叠的重合部(例如后述实施方式的重合部R)，
在该重合部设有沿着上下方向贯通的贯通孔(例如后述实施方式的贯通孔34、44)，
在该贯通孔中穿过有连结轴(例如后述实施方式的连结轴5)。
技术方案2中记载的发明以在技术方案1中记载的电池模块为基础，其中，
所述端板与所述侧框架被所述连结轴连结为旋转自如。
技术方案3中记载的发明以在技术方案1或2中记载的电池模块为基础，其中，
所述连结轴的一侧端部具有直径大于所述贯通孔的直径的卡止部(例如后述实施方式的卡止部51)，
在所述连结轴的另一侧端部设有直径大于所述贯通孔的直径的卡止部件(例如后述实施方式的卡止部件52)。
技术方案4中记载的发明以在技术方案1至3中任一项中记载的电池模块为基础，其中，
所述端板的端部具有在上下方向上分离开的多个端板连结部(例如后述实施方式的端板连结部32)，
所述侧框架的端部具有在上下方向上分离开的多个侧框架连结部(例如后述实施方式的侧框架连结部42)，
所述重合部通过所述端板连结部与所述侧框架连结部重合而构成。
技术方案5中记载的发明以在技术方案1至4中任一项中记载的电池模块为基础，其中，
一对所述侧框架具有分别沿着所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面延伸的侧框架主体(例如后述实施方式的侧框架主体41)、以及在该侧框架主体的两端部设置的所述端部，
所述贯通孔的中心(例如后述实施方式的中心O)在左右方向上配置于比沿着所述侧框架主体向前后方向延伸的假想线(例如后述实施方式的假想线L)靠内侧的位置。
技术方案6中记载的发明以在技术方案1至5中任一项中记载的电池模块为基础，其中，
一对所述侧框架具有分别沿着所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面延伸的侧框架主体(例如后述实施方式的侧框架主体41)、以及在该侧框架主体的两端部设置的所述端部，
一对所述侧框架的所述侧框架主体彼此由沿着左右方向及上下方向延伸设置的桥接部(例如后述实施方式的桥接部45)连结。
技术方案7中记载的发明以在技术方案6中记载的电池模块为基础，其中，
所述桥接部的前后方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W3)小于所述侧框架的左右方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W4)。
技术方案8中记载的发明以在技术方案6或7中记载的电池模块为基础，其中，
所述桥接部与所述侧框架主体一体地形成。
技术方案9中记载的发明以在技术方案1至8中任一项中记载的电池模块为基础，其中，
一对所述侧框架具有分别沿着所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面延伸的侧框架主体(例如后述实施方式的侧框架主体41)、以及在该侧框架主体的两端部设置的所述端部，
在所述侧框架主体设有在相邻的所述单电池之间沿着上下方向延伸的突起部(例如后述实施方式的突起部41a)。
技术方案10中记载的发明以在技术方案1至9中任一项中记载的电池模块为基础，其中，
所述单电池层叠体具备外部连接用端子(例如后述实施方式的外部连接用端子23)，
该外部连接用端子固定于所述端板。
发明效果
根据技术方案1的发明，端板与侧框架由在形成于从上下方向观察时重叠的重合部上的贯通孔中穿过的连结轴连结，因此即使起因于温度变化、年久老化所引起的单电池的膨胀而电池模块的单电池层叠方向的载荷增加，也能够抑制端板与侧框架的连结部处的弯曲应力的产生。因此，能够减薄端板及侧框架的壁厚，从而能够实现电池模块的小型化及轻量化。
根据技术方案2的发明，端板与侧框架被连结轴连结为旋转自如，因此能够更可靠地防止弯曲应力的产生。
根据技术方案3的发明，连结轴的一侧端部具有直径大于贯通孔的直径的卡止部，在连结轴的另一侧端部设有直径大于贯通孔的直径的卡止部件，因此能够防止连结轴的脱落。
根据技术方案4的发明，重合部通过多个端板连结部与多个侧框架连结部重合而构成，因此能够抑制单电池层叠方向的载荷局部地作用于连结轴。
根据技术方案5的发明，贯通孔的中心在左右方向上配置于比沿着侧框架主体向前后方向延伸的假想线靠内侧的位置，因此能够防止连结部的伸出而使电池模块小型化。另外，当电池模块的单电池层叠方向的载荷增加时，一对侧框架在左右方向上欲向内侧移动，但是由于存在单电池层叠体而无法移动，从而固定单电池层叠体的力被加强。
根据技术方案6的发明，一对侧框架的侧框架主体彼此由沿着左右方向及上下方向延伸设置的桥接部连结，因此不仅实现侧框架的强度提升，还能够将桥接部兼用作单电池的隔板，由此能够削减组件件数。
根据技术方案7的发明，桥接部的前后方向的宽度小于侧框架的左右方向的宽度，因此根据进行作用的载荷而使各部分的厚度最佳化，从而能够实现电池模块的小型化、轻量化及成本削减。
根据技术方案8的发明，桥接部与侧框架主体一体地形成，因此能够削减接合工时。
根据技术方案9的发明，在侧框架主体设有在相邻的单电池之间沿着上下方向延伸的突起部，因此能够抑制单电池的前后方向的振动。
根据技术方案10的发明，单电池层叠体的外部连接用端子固定于与单电池层叠体的相对移动受到限制的端板，因此还能够限制单电池层叠体与外部连接用端子之间的距离变动。
附图说明
图1是从斜上方观察本发明的第一实施方式所涉及的电池模块的立体图。
图2是从斜上方观察本发明的第一实施方式所涉及的电池模块的分解立体图。
图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的电池模块的端板及侧框架的立体图。
图4是本发明的第一实施方式所涉及的电池模块的主要部分俯视图。
图5是图4的主要部分放大图。
图6是表示本发明的第一实施方式所涉及的电池模块的端板与侧框架的连结工序的图，(a)是表示连结轴的穿过工序的立体图，(b)是表示垫圈及夹持件的安装工序的立体图，(c)是表示连结工序后的状态的立体图。
图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的电池模块的端板及侧框架的立体图。
图8是本发明的第三实施方式所涉及的电池模块的主要部分俯视图。
附图标记说明：
1、1B、1C 电池模块；
2 单电池层叠体；
21 单电池；
23 外部连接用端子；
3 端板；
32 端板连结部；
34 贯通孔；
4、4B、4C 侧框架；
41、41B、41C 侧框架主体；
41a 突起部；
42 侧框架连结部；
44 贯通孔；
45 桥接部；
5 连结轴；
51 卡止部；
52 卡止部件。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的电池模块的各实施方式进行说明。需要说明的是，附图沿着附图标记的朝向观察。
[第一实施方式]
如图1～图6所示，本发明的第一实施方式所涉及的电池模块1具备：单电池层叠体2，其通过在前后方向上层叠多个单电池21而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；一对端板3，它们配置在单电池层叠体2的前表面及后表面；一对侧框架4，它们配置在单电池层叠体2的左表面及右表面；以及多个连结轴5，它们将端板3与侧框架4连结。
需要说明的是，本说明书等中为了简单且明确地进行说明，将单电池21的层叠方向定义为前后方向，将与单电池21的层叠方向正交的方向定义为左右方向及上下方向，这与搭载电池模块1的产品的前后方向等无关。即，在电池模块1搭载在车辆上的情况下，单电池21的层叠方向可以与车辆的前后方向一致，也可以为车辆的上下方向、左右方向，还可以为从这些方向倾斜的方向。在附图中，将电池模块1的前方示为Fr、后方示为Rr、左侧示为L、右侧示为R、上方示为U、下方示为D。
(单电池层叠体)
单电池层叠体2通过将多个单电池21和多个绝缘部件22在前后方向上交替层叠而构成。在单电池层叠体2的前表面及后表面上以隔着绝缘部件22的绝缘状态配置有一对端板3，在单电池层叠体2的左表面及右表面上分别以隔着稍许间隙的绝缘状态配置有一对侧框架4。
已知单电池21会因温度变化、年久老化而膨胀。单电池21具有上下方向的长度长于前后方向的长度且左右方向的长度长于上下方向的长度的长方体形状。因此，就单电池21而言，前表面及后表面的面积远大于左表面、右表面、上表面及下表面的面积，在单电池21的前表面及后表面上的左右方向中央部及上下方向中央部容易膨胀。
在单电池层叠体2的上表面配置有与单电池21的端子21a电连接的多个母线(未图示)。母线包括用于将单电池21的端子21a彼此连接的母线、用于将单电池21的端子21a连接于外部连接用端子23的母线。当单电池21的端子21a与外部连接用端子23的位置发生相对变化时，有可能发生连接不良。因此，外部连接用端子23需要固定在与单电池21的端子21a的位置不会发生相对变化的位置。在本实施方式中，将外部连接用端子23固定于端板3，并且基于与后述的侧框架4的连结结构来抑制端板3的移动。
(端板)
一对端板3分别经由绝缘部件22与单电池层叠体2的前表面及后表面抵接，承接单电池层叠体2的单电池层叠方向的载荷(以下还适当地称作单电池厚度约束反作用力)。单电池层叠体2的单电池层叠方向的载荷主要起因于温度变化、年久老化所引起的单电池21的膨胀，如上述，在单电池21的前表面及后表面的左右方向中央部及上下方向中央部容易膨胀，因此对端板3的左右方向中央部及上下方向中央部输入较大的载荷。
端板3例如使用铝挤压件而形成，且一体地具有沿着单电池层叠体2的前表面及后表面延伸的端板主体31、以及在端板主体31的左右两端部设置且经由连结轴5与侧框架4连结的端板连结部32。在端板主体31的左右两端部在上下方向上隔着规定的间隙33设有多个端板连结部32，在各端板连结部32形成有沿着上下方向贯通的贯通孔34。
(侧框架)
一对侧框架4例如使用铝挤压件而形成，且一体地具有沿着单电池层叠体2的左表面或右表面延伸的侧框架主体41及在侧框架主体41的前后两端部设置且经由连结轴5与端板3连结的侧框架连结部42。在侧框架主体41的前后两端部在上下方向上隔着规定的间隙43设有多个侧框架连结部42，在各侧框架连结部42形成有沿着上下方向贯通的贯通孔44。如图5所示，贯通孔44的中心O在左右方向上配置于比沿着侧框架主体41向前后方向延伸的假想线L靠内侧的位置。
一对侧框架4的侧框架主体41彼此由沿着左右方向及上下方向延伸设置的桥接部45连结。桥接部45在前后方向上隔开规定的间隔W1设有多个(例如5个)。由此，侧框架4的刚性得以提高。
相邻的桥接部45的间隔W1大于单电池21的前后方向的宽度W2。例如，在本实施方式中，使相邻的桥接部45的间隔W1大于单电池21的前后方向的宽度W2的两倍，且在相邻的桥接部45之间容纳两个单电池21。由此，能够将侧框架4兼用作对单电池21彼此进行分隔的隔板部件，从而削减组件件数。
桥接部45的前后方向的宽度W3小于侧框架主体41的左右方向的宽度W4。由此，根据进行作用的载荷而使各部分的厚度最佳化，能够实现电池模块1的小型化、轻量化及成本削减。
桥接部45与侧框架主体41一体地形成。由此，不需要侧框架主体41与桥接部45的接合工序，能够削减接合工时。不过，桥接部45并不限定于与侧框架主体41一体地形成，也可以相对于侧框架主体41形成为另外部件，且之后与侧框架主体41接合。
[连结轴]
在使端板3的端板连结部32与侧框架4的侧框架连结部42在从上下方向观察时重叠的重合部R处，连结轴5从上下方向穿过贯通孔34、44，由此将端板3与侧框架4连结。形成于端板3的多个端板连结部32与形成于侧框架4的多个侧框架连结部42交替地进入形成于另一方的多个间隙33、43中，由此构成从上下方向观察时重叠的重合部R。根据经由这种连结轴5进行的端板3与侧框架4的连结结构，即使起因于单电池21的膨胀而电池模块1的单电池层叠方向的载荷增加，也能够抑制端板3与侧框架4的连结部处的弯曲应力的产生。
连结轴5以允许端板3与侧框架4的相对旋转(转动)的状态将端板3与侧框架4连结。具体地说明，如图2及图6所示，本实施方式的连结轴5在一侧端部具有直径大于贯通孔34、44的直径的卡止部51，在另一侧端部设有直径大于贯通孔34、44的直径的卡止部件52。本实施方式的卡止部件52包括：垫圈52a，其安装于连结轴5的另一侧端部；以及卡环52b，其在槽53中安装为无法沿着轴向移动，所述槽53形成于连结轴5的另一侧端部，在允许端板3与侧框架4的相对旋转的状态下防止连结轴5脱落。根据经由这种连结轴5进行的端板3与侧框架4的连结结构，能够更可靠地防止端板3与侧框架4的连结部处的弯曲应力的产生。
如以上说明，根据本实施方式的电池模块1，端板3及侧框架4通过在形成于从上下方向观察时重叠的重合部R上的贯通孔34、44中穿过的连结轴5进行连结，因此即使起因于温度变化、年久老化所引起的单电池21的膨胀而电池模块1的单电池层叠方向的载荷增加，也能够抑制端板3与侧框架4的连结部处的弯曲应力的产生。因此，能够减薄端板3及侧框架4的壁厚，从而能够实现电池模块1的小型化及轻量化。
另外，端板3与侧框架4被连结轴5连结为旋转自如，因此能够更可靠地防止弯曲应力的产生。
另外，连结轴5的一侧端部具有直径大于贯通孔34、44的直径的卡止部51，在连结轴5的另一侧端部设有直径大于贯通孔34、44的直径的卡止部件52，因此能够在允许端板3与侧框架4的旋转的同时，防止连结轴5的脱落。
另外，重合部R通过将多个端板连结部32与多个侧框架连结部42重合而构成，因此能够抑制单电池层叠方向的载荷局部地作用于连结轴5。
另外，贯通孔44的中心O在左右方向上配置于比沿着侧框架主体41向前后方向延伸的假想线L靠内侧的位置，因此能够防止侧框架连结部42的伸出而使电池模块1小型化。
另外，当电池模块1的单电池层叠方向的载荷增加时，一对侧框架4在左右方向上欲向内侧移动，但是由于存在单电池层叠体2而无法移动，从而固定单电池层叠体2的力被加强。
另外，一对侧框架4的侧框架主体41彼此由沿着左右方向及上下方向延伸设置的桥接部45连结，因此不仅能够实现侧框架4的强度提升，还能够将桥接部45兼用作单电池21的隔板，由此削减组件件数。
另外，桥接部45的前后方向的宽度W3小于侧框架主体41的左右方向的宽度W4，因此根据进行作用的载荷而使各部分的厚度最佳化，能够实现电池模块1的小型化、轻量化及成本削减。
另外，桥接部45与侧框架主体41一体地形成，因此能够削减接合工时。
另外，单电池层叠体2的外部连接用端子23固定于与单电池层叠体2的相对移动受到限制的端板3，因此还能够限制单电池层叠体2与外部连接用端子23之间的距离变动。
[第二实施方式]
接着，参照图7对本发明的第二实施方式所涉及的电池模块进行说明。其中，仅说明与第一实施方式的不同点，关于与第一实施方式共同的结构，通过使用与第一实施方式相同的附图标记来援引第一实施方式的说明。
如图7所示，第二实施方式所涉及的电池模块1B与第一实施方式的不同点在于，省略将一对侧框架4B的侧框架主体41B彼此连结的桥接部，一对侧框架4B形成为分离开的不同部件。
[第三实施方式]
如图8所示，第三实施方式所涉及的电池模块1C与第一实施方式的不同点在于，侧框架4C的侧框架主体41C具备在相邻的单电池21之间沿着上下方向延伸的多个突起部41a。例如，如图8所示，突起部41a具有沿着相邻的单电池21的角部形状的形状，与单电池21在前后方向上卡合。根据这种第三实施方式的电池模块1C，能够利用设于侧框架4C的侧框架主体41C上的多个突起部41a来抑制单电池21的前后方向的振动。
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，能够适当地进行变形、改良等。

Claims (9)

1.一种电池模块，其具备：
单电池层叠体，其通过在前后方向上层叠多个单电池而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；
一对端板，它们配置在该单电池层叠体的所述前表面及所述后表面；以及
一对侧框架，它们配置在所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面，其中，
所述端板的端部与所述侧框架的端部具有从上下方向观察时重叠的重合部，
在该重合部设有沿着上下方向贯通的贯通孔，
在该贯通孔中穿过有连结轴，
所述端板的端部具有在上下方向上分离开的多个端板连结部，
所述侧框架的端部具有在上下方向上分离开的多个侧框架连结部，
所述重合部通过所述端板连结部与所述侧框架连结部重合而构成，
一对所述侧框架具有分别沿着所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面延伸的侧框架主体、以及在该侧框架主体的两端部设置的所述端部，
所述贯通孔的中心在左右方向上配置于比沿着所述侧框架主体的左右方向的中央向前后方向延伸的假想线靠内侧的位置。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述端板与所述侧框架被所述连结轴连结为旋转自如。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述连结轴的一侧端部具有直径大于所述贯通孔的直径的卡止部，
在所述连结轴的另一侧端部设有直径大于所述贯通孔的直径的卡止部件。
4.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
一对所述侧框架的所述侧框架主体彼此由沿着左右方向及上下方向延伸设置的桥接部连结。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述桥接部的前后方向的宽度小于所述侧框架的左右方向的宽度。
6.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述桥接部与所述侧框架主体一体地形成。
7.根据权利要求5所述的电池模块，其中，
所述桥接部与所述侧框架主体一体地形成。
8.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
在所述侧框架主体设有在相邻的所述单电池之间沿着上下方向延伸的突起部。
9.根据权利要求1或2所述的电池模块，其中，
所述单电池层叠体具备外部连接用端子，
该外部连接用端子固定于所述端板。
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