CN116706366A - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池模块。端板(300)包括朝向约束部件(400)开口的凹部(310)。约束部件(400)具有与凹部(310)连通的贯通孔(410)。螺栓(500)包括通过贯通孔(410)以及凹部(310)的第1部分(510)和位于第1部分(510)的前端侧的第2部分(520)。在螺栓(500)的第1部分(510)与贯通孔(410)以及凹部(310)之间形成有间隙，螺栓(500)的第2部分(520)与端板(300)螺纹接合。螺栓(500)的第1部分(510)的长度为螺栓(500)的公称长度的40％以上。

Description

电池模块
技术领域
本技术涉及电池模块。
背景技术
如日本特开2020－047573号公报所记载那样，以往在单电池的层叠体的端部设置端板，并通过螺栓来将在层叠方向上约束单电池的约束部件与端板紧固。
日本特开2005－315387号公报中公开为驱动侧旋转体与从动侧旋转体的固定部使用螺栓。
发明内容
在利用螺栓紧固多个部件时，例如因多个部件间的线膨胀系数的差别等，会对于螺栓作用挠曲方向的载荷，可能向螺栓支撑面(bolt seating surface)作用松弛方向的力。为了抑制螺栓的松弛，能够通过加长螺纹接合部分来将紧固构造大型化。在紧固构造大型化的情况下，由于端板的厚度会增大，所以还牵涉电池模块的大型化。本技术的目的在于，提供实现了小型化的电池模块。
本技术所涉及的电池模块具备：层叠体，包括沿第1方向排列的多个单电池；端板，被设置于层叠体的第1方向的端部；约束部件，紧固于端板，在第1方向约束层叠体以及端板；以及螺栓，将端板和约束部件紧固。端板包括朝向约束部件开口的凹部。约束部件具有与凹部连通的贯通孔。螺栓包括通过贯通孔以及凹部的第1部分和位于第1部分的前端侧的第2部分。在螺栓的第1部分与贯通孔以及凹部之间形成有间隙，螺栓的第2部分与端板螺纹接合。螺栓的第1部分的长度为螺栓的公称长度的40％以上。
根据关联附图理解的与本发明相关的下述详细说明，本发明的上述以及其他目的、特征、方面以及优点会变得清楚。
附图说明
图1是电池模块的立体图。
图2是表示电池模块所包括的单电池的立体图。
图3是表示电池模块所包括的约束部件的图。
图4是表示从单电池的层叠方向(第1方向)观察端板与约束部件的紧固构造的状态的图。
图5是参考例所涉及的紧固构造的剖视图。
图6是1个实施方式所涉及的紧固构造的剖视图。
图7是表示图6所示的紧固构造变形了的状态的剖视图。
图8是用于对螺栓周边的构造进行说明的图。
图9是表示变形状态的螺栓的图。
图10是表示变形例所涉及的紧固构造变形了的状态的图。
图11是表示凹部的深度与作用于螺栓支撑面的反作用力的关系的图。
图12是表示非紧固部的长度与螺栓公称长度(underhead length)的关系的图。
具体实施方式
以下，对本技术的实施方式进行说明。其中，对相同或者相当的部分标注相同的参照附图标记，有时不重复其说明。
其中，在以下说明的实施方式中，当提及个数、量等的情况下除了有特别记载的情况之外，否则本技术的范围不一定限定于该个数、量等。另外，在以下的实施方式中，除了有特别记载的情况之外各个构成要素对于本技术而言不一定是必须的。另外，本技术并不限定于一定起到在本实施方式中提及的全部作用效果。
此外，在本说明书中，“具备(comprise)”以及“包括(include)”、“具有(have)”的记载是开放形式。即，在包括某个结构的情况下，可以包括该结构以外的其他结构，也可以不包括该结构以外的其他结构。
另外，当在本说明书中使用表示几何学的术语以及位置/方向关系的术语例如“平行”、“正交”、“倾斜45°”、“同轴”、“沿着”等术语的情况下，这些术语允许制造误差或少许的变动。当在本说明书中使用“上侧”、“下侧”等表示相对位置关系的术语的情况下，这些术语被作为1个状态下的表示相对位置关系的术语而使用，相对位置关系会因各机构的设置方向(例如使机构整体上下反转等)而反转或转动至任意的角度。
在本说明书中，“电池”并不限定于锂离子电池，可包括镍氢电池等其他电池。
在本说明书中，“单电池”能够搭载于混合动力车(HEV：Hybrid ElectricVehicle)、插电混合动力车(PHEV：Plug-in Hybrid Electric Vehicle)以及电动汽车(BEV：Battery Electric Vehicle)等。但是，“单电池”的用途并不限定于车载用。
图1是电池模块1(除掉后述的约束部件400)的立体图。如图1所示，电池模块1包括单电池100、隔板部件200以及端板300。
单电池100是方形的单电池，沿着Y轴方向(第1方向)设置有多个。隔板部件200设置于多个单电池100之间。隔板部件200防止邻接的单电池100的不希望的电导通。隔板部件200确保邻接的单电池100的电绝缘性。端板300在Y轴方向上被配置于单电池100与隔板部件200的层叠体的两端。端板300被固定于收纳电池模块1的外壳等的基台。
图2是表示单电池100的立体图。如图2所示，单电池100具有方形形状。单电池100具有电极端子110、框体120以及气体排出阀130。
电极端子110形成于框体120上。电极端子110具有沿着与Y轴方向(第1方向)正交的X轴方向(第2方向)排列的正极端子111以及负极端子112。正极端子111以及负极端子112在X轴方向上相互分离设置。
框体120具有长方体形状，构成单电池100的外观。框体120包括收纳未图示的电极体以及电解液的外壳主体120A和密封外壳主体120A的开口的封口板120B。封口板120B通过焊接与外壳主体120A接合。
框体120具有上表面121、下表面122、第1侧面123、第2侧面124、以及2个第3侧面125。
上表面121是与和Y轴方向以及X轴方向正交的Z轴方向(第3方向)正交的平面。在上表面121配置有电极端子110。下表面122沿着Z轴方向与上表面121对置。
第1侧面123以及第2侧面124各侧面由与Y轴方向正交的平面构成。第1侧面123以及第2侧面124各侧面在框体120所具有的多个侧面中具有最大的面积。第1侧面123以及第2侧面124各侧面沿Y轴方向观察具有矩形形状。第1侧面123以及第2侧面124各侧面沿Y轴方向观察具有X轴方向成为长边方向、Z轴方向成为短边方向的矩形形状。
多个单电池100被层叠为在Y轴方向相邻的单电池100、100之间，第1侧面123彼此、第2侧面124彼此相面对。由此，在多个单电池100被层叠的Y轴方向，正极端子111与负极端子112交替排列。
气体排出阀130设置于上表面121。在单电池100的温度异常上升(热失控)、因在框体120的内部产生的气体而框体120的内压成为规定值以上的情况下，气体排出阀130将该气体排出至框体120的外部。
图3是表示约束部件400的图。如图3所示，约束部件400将2个端板300相互连接。通过在对于多个单电池100、隔板部件200以及端板300的层叠体作用了Y轴方向的压缩力的状态下使约束部件400与端板300卡合，然后释放压缩力，由此对将2个端板300连接的约束部件400作用拉伸力。作为其反作用，约束部件400将2个端板300向相互接近的方向按压。
图4是表示从Y轴方向观察端板300与约束部件400的紧固构造的状态的图。其中，在图4以及后述的图5～图10中，会将螺栓500的大小夸张地图示很大。
如图4所示，端板300与约束部件400通过螺栓500被紧固。螺栓500设置为在Z轴方向排列有多个(在本实施方式的例中为2根)。螺栓500沿着Y轴方向设置，将端板300与约束部件400紧固。
这样，电池模块1具备：层叠体，包括沿Y轴方向排列的多个单电池100；端板300，设置于层叠体的Y轴方向的端部；约束部件400，被紧固于端板300，在Y轴方向约束单电池100、隔板部件200以及端板300；以及螺栓500，将端板300与约束部件400紧固。
图5是参考例所涉及的紧固构造的剖视图。如图5所示，约束部件400具有贯通孔410，螺栓500通过贯通孔410与端板300螺纹接合。
例如在端板300由铝构成、约束部件400由铁构成的情况下，因两者的线膨胀系数的差别而在端板300与约束部件400的界面产生Z方向的偏移。由于螺栓500与端板300螺纹接合，所以在端板300与约束部件400的界面产生Z方向的偏移的同时，螺栓500的支撑面与约束部件400一同位移，产生挠曲力。相对于该挠曲力，通过摩擦力(垂直阻力×摩擦力＝轴力×界面的摩擦系数)作用于螺栓500支撑面与约束部件400之间的界面，能够在某种程度上抑制约束部件400与螺栓支撑面的界面的偏移。在该挠曲力(偏移力)超过摩擦力、螺栓500支撑面与约束部件400的界面偏移了的情况下，会相对于螺栓500的支撑面产生松弛的旋转力。为了抑制螺栓500的松弛，虽然可提升轴力来提高摩擦力，但同时需要确保螺栓500、端板300的螺纹接合部的强度。即，能够通过加长螺栓500的公称长度(螺纹接合长度)来将紧固构造大型化。
图6是本实施方式所涉及的紧固构造的剖视图。图7是表示图6所示的紧固构造变形了的状态的剖视图。
如图6、图7所示，在本实施方式所涉及的紧固构造中，端板300包括朝向约束部件400开口的凹部310，螺栓500包括通过贯通孔410以及凹部310的第1部分510(非紧固部)和位于第1部分510的前端侧的第2部分520(紧固部)。在螺栓500的第1部分510与贯通孔410以及凹部310之间形成有间隙。螺栓500的第2部分520与端板300螺纹接合。
在1个实施方式中，端板300由具有第1线膨胀系数的材料构成。约束部件400由具有与第1线膨胀系数不同的第2线膨胀系数的材料构成。作为一个例子，端板300由铝构成，约束部件400由铁构成。该情况下，端板300的线膨胀系数大于约束部件400的线膨胀系数。具体而言，铝的线膨胀系数为23μ/℃左右，铁的线膨胀系数为11.7μ/℃左右。因此，端板300的线膨胀系数为约束部件400的线膨胀系数的约2倍。
这样，在端板300与约束部件400的线膨胀系数不同的情况下，当在电池模块1的使用时产生了温度变化时，在端板300与约束部件400之间变形量会产生差别。
在本实施方式所涉及的紧固构造中，通过在端板300形成适当的深度的凹部310，即便在端板300与约束部件400之间产生抵接面方向的偏移的情况下，也能够如图7所示那样通过螺栓500的挠曲来使约束部件400与螺栓500的支撑面之间的挠曲力(偏移力)降低，抑制该偏移。其结果是，能够不过度增大螺栓500的公称长度就抑制螺栓500的轴力的降低。
图8是用于对螺栓500周边的构造进行说明的图。图9是表示变形状态的螺栓500的图。
如图8所示，凹部310的开口部具有第1径(D1)。第1径(D1)通过以下的式(1)求出。
第1径(D1)≥螺栓直径+([端板300的线膨胀系数]－[约束部件400的线膨胀系数])×[螺栓500的紧固位置间距离]×[电池模块1使用时的目标温度差]×2＝螺栓直径+线膨胀量×2···(1)
例如，在端板300由铝构成、约束部件400由铁构成的情况下，若假设螺栓500的紧固位置间距离为70mm左右，目标温度差为45℃左右，则线膨胀量为0.07mm左右。第1径(D1)被决定为能够通过螺栓500的挠曲量(图9中的D)来吸收上述线膨胀量。
约束部件400的贯通孔410具有第2径(D2)。在图8的例子中，第2径(D2)大于第1径(D1)。第2径(D2)也可以与第1径(D1)大致相同。
螺栓500的第1部分510的长度(H)以及第2部分520的长度(L)被决定为能够既确保螺栓500的紧固力、又尽可能缩短螺栓500的公称长度(H+L)。
图10是表示变形例所涉及的紧固构造变形了的状态的图。如图10所示，端板300的凹部310可以具有朝向外侧(螺栓500的头侧)直径扩大的锥形形状。
端板300的凹部310以及约束部件400的贯通孔410在从Y轴方向观察时(在X－Z平面上)典型地具有大致圆形形状。但是，凹部310以及贯通孔410的形状并不局限于此，例如也可以具有在Z轴方向比在X轴方向长的形状。
图11是表示端板300的凹部310的深度与在因温度变化引起的变形时作用于螺栓500的支撑面的松弛方向的反作用力的关系的图。螺栓500的第2部分520(紧固部)与端板300螺纹接合、螺栓500的支撑面因线膨胀而与约束部件400一同位移的结果是，在螺栓500产生挠曲力(偏移力)。该挠曲力(偏移力)成为约束部件400与螺栓500的支撑面的松弛方向的反作用力。如图11所示，在凹部310的深度为10mm左右时，由于螺栓500的挠曲部短(刚度高)，所以在因温度变化引起的变形时作用于螺栓500的支撑面的松弛方向的反作用力大。与此相对，在凹部310的深度为20mm以上左右时，由于螺栓500的挠曲部长(刚度低)，所以在因温度变化引起的变形时作用于螺栓500的支撑面的松弛方向的反作用力降低。其结果是，不需要螺栓500的紧固部分的过度的强度提升，能够缩短螺栓500的长度。因此，能够缩短螺栓500的公称长度(H+L)来将紧固构造小型化。
图12是表示非紧固部的长度(H)与螺栓500的公称长度(H+L)的关系的图。在图12的例子中，对于螺栓500的公称长度(H+L)而言，将考虑因温度变化引起的变形而能够确保所需最低限度的螺栓500的紧固力的第2部分520的长度作为前提。
如图12所示，在螺栓500的第1部分510的长度(H)为螺栓500的公称长度(H+L)的40％以上80％以下左右(优选50％以上70％以下左右)的情况下，能够整体缩短螺栓500的公称长度(H+L)。
如以上说明那样，在本实施方式的电池模块1中，通过形成适当的深度的凹部310，能够允许螺栓500的挠曲。其结果是，在因端板300与约束部件400的线膨胀系数不同等理由而在端板300与约束部件400之间产生了抵接面(X－Z平面)方向的偏移的情况下，也能通过螺栓500的挠曲来防止螺栓500支撑面与约束部件400之间的偏移、抑制螺栓500的松弛(轴力降低)。
对本发明的实施方式进行了说明，但应该认为这次公开的实施方式在全部的点上都是例示而非限制性的。本发明的范围由本申请请求保护的技术方案示出，意在包括与本申请请求保护的技术方案均等的含义及范围内的全部变更。

Claims (6)

1.一种电池模块，其特征在于，包括：
层叠体，包括沿第1方向排列的多个单电池；
端板，被设置于所述层叠体的所述第1方向的端部；
约束部件，被紧固于所述端板，在所述第1方向约束所述层叠体以及所述端板；以及
螺栓，将所述端板与所述约束部件紧固，
所述端板包括朝向所述约束部件开口的凹部，
所述约束部件具有与所述凹部连通的贯通孔，
所述螺栓包括通过所述贯通孔以及所述凹部的第1部分和位于所述第1部分的前端侧的第2部分，
在所述螺栓的所述第1部分与所述贯通孔以及所述凹部之间形成有间隙，所述螺栓的所述第2部分与所述端板螺纹接合，
所述螺栓的所述第1部分的长度为所述螺栓的公称长度的40％以上。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，
所述螺栓沿着所述第1方向设置。
3.根据权利要求1或2所述的电池模块，其特征在于，
所述凹部的开口部具有第1径，所述贯通孔具有大于所述第1径的第2径。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电池模块，其特征在于，
所述端板由具有第1线膨胀系数的材料构成，所述约束部件由具有与所述第1线膨胀系数不同的第2线膨胀系数的材料构成。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，
所述端板由铝构成，所述约束部件由铁构成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电池模块，其特征在于，
所述单电池为方形二次单电池。
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