JP2010040295A - Battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置に関し、特に、蓄電セルを一の積層方向に積層して構成した蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power storage device, and more particularly, to a power storage device configured by stacking power storage cells in one stacking direction.
蓄電装置には、単一の電池セルを備える電池パック、複数の電池セルが積層された積層体を備える電池パックのほか、複数の電池セルが一体的に固定された電池モジュールが複数積層された電池パックがある。複数の電池セルを含む電池モジュールが積層された電池パックは、大きな電流を取り出したり、高い電圧を取り出したりすることができる。 The power storage device includes a battery pack including a single battery cell, a battery pack including a stacked body in which a plurality of battery cells are stacked, and a plurality of battery modules in which a plurality of battery cells are integrally fixed. There is a battery pack. A battery pack in which battery modules including a plurality of battery cells are stacked can extract a large current or a high voltage.
近年、電動機を駆動源として用いる電気自動車や、電動機とその他の駆動源とを組み合わせたいわゆるハイブリッド電気自動車が実用化されている。電池モジュールを備える電池パックは、たとえば、このような自動車に搭載される。電池を蓄えるための電池セルとしては、たとえば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池またはリチウムイオン電池などに代表される、繰り返し充放電が可能な二次電池が用いられる。 In recent years, an electric vehicle using an electric motor as a drive source and a so-called hybrid electric vehicle combining an electric motor and another drive source have been put into practical use. A battery pack provided with a battery module is mounted on such an automobile, for example. As the battery cell for storing the battery, for example, a secondary battery that can be repeatedly charged and discharged, such as a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, or a lithium ion battery, is used.
電池パックの使用時には、内圧上昇により電池セルが膨張する。複数の電池セルが一体化された電池モジュールでは、電池セルが脹れることにより電池セル間の境界で電池モジュールが破損して、電池性能が低下することを回避する必要がある。この電池性能の低下防止のためには電池セルの変形を抑制する必要があることから、複数の電池モジュールを備える電池パックでは、拘束部材が用いられて複数の電池モジュールが一体化されている。たとえば、複数の電池モジュールが積層されて積層体が構成され、この積層体の両側に配置されたエンドプレート同士がたとえば拘束部材としての丸棒で固定され、電池モジュールをエンドプレートで挟み込むことにより一体化されている。 When the battery pack is used, the battery cell expands due to an increase in internal pressure. In a battery module in which a plurality of battery cells are integrated, it is necessary to prevent the battery module from being damaged at the boundary between the battery cells due to the expansion of the battery cells, and the battery performance from being deteriorated. Since it is necessary to suppress the deformation of the battery cell in order to prevent the deterioration of the battery performance, in a battery pack including a plurality of battery modules, a plurality of battery modules are integrated using a restraining member. For example, a plurality of battery modules are stacked to form a stacked body, and end plates arranged on both sides of the stacked body are fixed with, for example, round bars as restraining members, and the battery modules are sandwiched between the end plates to be integrated. It has become.
このような電池パックでは、電池セルが脹れた場合、電池モジュールの積層方向において、丸棒とエンドプレートとの結合部分に大きな力が加わる。または、丸棒自体に大きな力が加わる。したがって、丸棒の強度を向上させるために丸棒の径を相当な大きさにする必要があり、その結果、丸棒が太くなり、電池パックの高さが高くなっていた。 In such a battery pack, when the battery cell is expanded, a large force is applied to the joint portion between the round bar and the end plate in the stacking direction of the battery modules. Alternatively, a large force is applied to the round bar itself. Therefore, in order to improve the strength of the round bar, it is necessary to make the diameter of the round bar considerably large. As a result, the round bar becomes thick and the height of the battery pack is high.
この問題を回避するために、従来、板状の拘束部材を用いて複数の電池モジュールを一体化した電池パックが提案されている(たとえば特許文献1または特許文献2参照)。
特許文献1および2で提案されている板状の拘束部材を用いた電池パックでは、拘束部材に発生する引張応力によって電池パックを拘束する。そのため、電池モジュールに対する拘束力を増大させるためには、丸棒を拘束部材として用いた場合と同様に、拘束部材自体の剛性を高める必要がある。拘束部材の剛性を高めるためには、板状の拘束部材の厚みおよび幅を増加させることが考えられるが、電池パックの軽量化の観点および製造コストの観点から、そのような厚みまたは幅の大きい拘束部材は望ましくない。
In the battery pack using the plate-like restraining member proposed in
それゆえに、本発明の主たる目的は、積層された電池セルの拘束力を増大させることができる蓄電装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a power storage device that can increase the binding force of stacked battery cells.
本発明に係る蓄電装置は、蓄電セルが一の積層方向に積層された積層体と、積層体の積層方向の両端に配置された一対のエンドプレートと、エンドプレート同士を締結する拘束部材とを備える。拘束部材は、積層方向に延びる帯状板部と、帯状板部の両端部において積層方向に対して直角に曲げられた曲げ部とを有する。積層体と対向するエンドプレートの対向面において、曲げ部がエンドプレートに固定されている。蓄電セルがエンドプレートを押圧したとき、拘束部材が変形し、変形した拘束部材がエンドプレートを対向面側に凸に撓ませることによって、蓄電セルの変形を抑制する。 A power storage device according to the present invention includes a stacked body in which power storage cells are stacked in one stacking direction, a pair of end plates disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body, and a restraining member that fastens the end plates. Prepare. The restraining member has a strip-shaped plate portion extending in the stacking direction and bent portions bent at right angles to the stacking direction at both ends of the strip-shaped plate portion. The bent portion is fixed to the end plate on the facing surface of the end plate facing the laminate. When the electricity storage cell presses the end plate, the restraining member is deformed, and the deformed restraining member deflects the end plate convexly toward the facing surface, thereby suppressing the deformation of the electricity storage cell.
上記蓄電装置において好ましくは、帯状板部は、積層体の側面に対し平行に配置されている。曲げ部は、帯状板部に対して、積層体から離隔する向きに曲げられている。 Preferably, in the power storage device, the belt-like plate portion is disposed in parallel to the side surface of the stacked body. The bent portion is bent in a direction away from the laminate with respect to the belt-like plate portion.
好ましくは、積層体の一の側面に対向する位置に、偶数個の拘束部材が設けられている。帯状板部は、一の側面に対し垂直に配置されている。曲げ部は、帯状板部に対して、積層方向に延びて一の側面を二分する中心線から離隔する向きに曲げられている。 Preferably, an even number of restraining members are provided at positions facing one side surface of the laminate. The strip-shaped plate portion is disposed perpendicular to one side surface. The bent portion is bent with respect to the belt-like plate portion in a direction away from a center line that extends in the stacking direction and bisects one side surface.
好ましくは、積層体の一の側面に対向する位置に、偶数個の拘束部材が設けられている。帯状板部は、一の側面に対し平行に設けられた平行面と、一の側面に対し垂直に設けられた垂直面とを含み、平行面と垂直面とが組み合わされた断面形状L字状に形成されている。曲げ部は、平行面に対して、積層体から離隔する向きに曲げられており、かつ、垂直面に対して、積層方向に延びて一の側面を二分する中心線から離隔する向きに曲げられている。 Preferably, an even number of restraining members are provided at positions facing one side surface of the laminate. The strip-shaped plate portion includes a parallel surface provided parallel to one side surface and a vertical surface provided perpendicular to the one side surface, and a cross-sectional shape L-shaped in which the parallel surface and the vertical surface are combined. Is formed. The bent portion is bent in a direction away from the laminate with respect to the parallel plane, and is bent in a direction away from the center line extending in the stacking direction and dividing one side surface into two with respect to the vertical plane. ing.
本発明の蓄電装置によると、蓄電セルの内圧が上昇するなどして蓄電セルがエンドプレートを押圧すると、一対のエンドプレートが互いに離れる方向に移動する。このエンドプレートの変位に伴って、エンドプレートに固定された拘束部材の曲げ部が変形する。このとき曲げ部からエンドプレートに作用する荷重によって、エンドプレートは曲げモーメントを受け、エンドプレートは積層体と対向する対向面側に凸に撓む。このエンドプレートの撓みによって、積層体に対して蓄電セルの変形を抑制する方向の力がエンドプレートから加えられる。したがって、蓄電セルの変形量が抑えられるので、積層体が破損することを抑制し、蓄電装置の性能が低下することを回避することができる。 According to the power storage device of the present invention, when the power storage cell presses the end plate due to an increase in the internal pressure of the power storage cell, the pair of end plates move away from each other. Along with the displacement of the end plate, the bending portion of the restraining member fixed to the end plate is deformed. At this time, the end plate receives a bending moment due to the load acting on the end plate from the bending portion, and the end plate bends convexly toward the facing surface facing the laminate. Due to the bending of the end plate, a force in a direction to suppress the deformation of the storage cell is applied to the stacked body from the end plate. Therefore, since the deformation amount of the power storage cell is suppressed, it is possible to prevent the stacked body from being damaged, and to prevent the performance of the power storage device from deteriorating.
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。 In the embodiments described below, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified. In the following embodiments, when referring to the number, amount, etc., unless otherwise specified, the above number is an example, and the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, etc.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1の蓄電装置の構成を示す斜視図である。図2は、拘束部材の形状について説明する斜視図である。図3は、図1に示す蓄電装置を矢印III方向から見た図である。図4は、図1に示す蓄電装置を矢印IV方向から見た図である。図1〜図4を参照して、本発明の実施の形態1の蓄電装置について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of the power storage device of the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view illustrating the shape of the restraining member. FIG. 3 is a diagram of the power storage device shown in FIG. 1 as viewed from the direction of arrow III. FIG. 4 is a diagram of the power storage device shown in FIG. 1 as viewed from the direction of arrow IV. With reference to FIGS. 1-4, the electrical storage apparatus of Embodiment 1 of this invention is demonstrated.
実施の形態1の蓄電装置としての電池パック1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関と、充放電可能な二次電池とを動力源とするハイブリッド自動車に搭載されている。電池パック1は、たとえば車両の後部座席の下側のボデーに設けられた空間内において、その長手方向が車両の幅方向となるように配置される。電池パックは、電池の電極および電解液を入れておく容器である、電槽ケースの内部に収容されている。電槽ケースは、耐薬品性および絶縁性の観点から樹脂で形成されるのが好ましいが、金属製であってもよい。 The battery pack 1 as the power storage device of the first embodiment is mounted on a hybrid vehicle using an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine and a chargeable / dischargeable secondary battery as power sources. The battery pack 1 is arranged such that, for example, in the space provided in the lower body of the rear seat of the vehicle, the longitudinal direction thereof is the vehicle width direction. The battery pack is housed inside a battery case, which is a container for storing battery electrodes and electrolyte. The battery case is preferably made of a resin from the viewpoint of chemical resistance and insulation, but may be made of metal.
電池パック1は、複数の電池モジュール31が厚さ方向に一体的に積層された、積層体30を備える。複数の電池モジュール31は、一の積層方向としての、電池モジュール31の厚み方向であるDR1方向に積層されている。厚み方向に積層された電池モジュール31が隣接する他の電池モジュール31と組み合わされる組合せ面には、位置決め部が設けられている。この位置決め部によって、相互に突き合わされた一対の電池モジュール31同士は、その高さ方向および幅方向において相互に位置決めされて、電池モジュール31の配列姿勢が整合されている。
The battery pack 1 includes a
実施の形態1の電池モジュール31は、複数の蓄電セルとしての電池セルが並べられ平板形状を形成した状態で一体化された、角型の電池モジュールである。積層体30は、DR1方向に積層された複数の電池セルを含んでいる。電池モジュール31を構成する電池セルは、リチウムイオン電池を含む。電池セルはたとえばプラスチック製であって、扁平な直方体状の箱形状に形成されており、二次電池を構成する電解質および電極板をそれぞれ内部に収容する。電池モジュール31の内部は内部隔壁によって分離されており、分離された各部屋の内部に電池セルがそれぞれ収容されている。
The
複数の電池モジュール31は、図示しないバスバーにより、互いに電気的に接続されている。電池パック1に含まれるすべての電池セルは電気的に直列接続されており、高電圧の出力が可能とされている。それぞれの電池モジュール31は、DR1方向に隣り合う電池モジュール31同士の間を電気的に絶縁する、枠部材としての図示しない電池ホルダによって挟持されている。電池ホルダは、たとえば、ポリプロピレン(polypropylene)やポリプロピレンの重合体などの絶縁材料である樹脂材料から形成されてもよく、絶縁材料である樹脂が表面にコーティングされた金属から形成されてもよい。
The plurality of
電池パック1は、電池モジュール31の積層体30の積層方向であるDR1方向の両端に配置された、一対のエンドプレート20を備える。実施の形態1のエンドプレート20は、電池モジュール31に対向する対向面23が電池モジュール31の表面と全面的に密接するように、電池モジュール31の形状と同様の矩形板状部分を有する。エンドプレート20は、電池モジュール31が積層された積層体30を、積層方向であるDR1方向の両側から挟み込むように配置されている。エンドプレート20は、積層体30の両端に配置されている。
The battery pack 1 includes a pair of
エンドプレート20の上記矩形板状部分の上側縁21aには、上方に半円形状に突出する一対の突出部22aが、適当な間隔をあけて設けられている。また、エンドプレート20の上記矩形板状部分の下側縁21bには、下方に半円形状に突出する一対の突出部22bが、適当な間隔をあけて設けられている。エンドプレート20は、たとえば金属や樹脂材料など、任意の材料によって形成されている。
On the
電池パック1は、拘束部材としての拘束バンド10を備える。拘束バンド10は、板状に形成されている。拘束バンド10は、長手方向を有するように形成されている。拘束バンド10は、長手方向が電池モジュール31の積層方向であるDR1方向に延びるように配置されている。一対のエンドプレート20は、それらの間の電池モジュール31がDR1方向に押圧されるように、すなわち予荷重が与えられるように、その電池モジュール31の両側に配置された長手状の拘束バンド10によって相互に連結されている。拘束バンド10は、一対のエンドプレート20同士を互いに締結するように配置されている。
The battery pack 1 includes a restraining
電池パック1の両端部に配置された各エンドプレート20の、上側縁21aに形成された一対の突出部22aは、エンドプレート20に突き当てられた積層体30の側面の一つである側面32から、上方にそれぞれ突出している。また、各エンドプレート20の下側縁21bに形成された一対の突出部22bは、積層体30の側面の一つである側面35から下方にそれぞれ突出している。ここで、積層体30の側面とは、板状の電池モジュール31の側面が並べられて形成された積層体30の表面をいうものとする。図1、図3および図4に示す直方体状の積層体30の場合、積層体30の側面とは、エンドプレート20と対向する二面を除く積層体30の四つの表面である、側面32,33,34,35を示す。
A pair of
各エンドプレート20における相互に対向した突出部22a,22b間には、各電池モジュール31の積層方向に平行な拘束部材すなわち拘束バンド10が、それぞれ架け渡されている。拘束バンド10は、締結部材としてのボルト28およびナット29によってエンドプレート20に固定されている。拘束バンド10は、電池モジュール31を積層方向に拘束するように配置されている。複数の電池モジュール31は、拘束バンド10によって一体的に保持されて、電池パック1を形成している。
Between the projecting
図2に拡大して示すように、拘束バンド10は、DR1方向に延びる平板状の帯状板部11と、帯状板部11の両端部においてDR1方向と直交するDR2方向に曲げられた曲げ部12とを有する。拘束バンド10には、両端部において曲げ加工が施されて曲げ部12が形成されている。曲げ部12は、DR1方向に対して直角に曲げられている。曲げ部12には孔部13が形成されている。この孔部13を貫通してボルト28が設置され、ナット29を用いてエンドプレート20に締結されることにより、拘束バンド10はエンドプレート20に固定されている。一対のエンドプレート20には、それぞれの対向面23において、曲げを含んだ拘束バンド10の曲げ部12が固定されている。
As shown in FIG. 2 in an enlarged manner, the restraining
拘束バンド10の両端部に形成された曲げ部12に形成された孔部13、および各エンドプレート20の突出部22a,22bに形成された貫通孔に、ボルト28がそれぞれ挿通され、そのボルト28の端部にナット29がそれぞれ螺合される。これにより、一対のエンドプレート20が各拘束バンド10により連結され、それら一対のエンドプレート20の間の電池モジュール31が所定の予荷重により相互に圧接されている。
一対のエンドプレート20は、各拘束バンド10のそれぞれの端部に形成された曲げ部12において、ナット29が締め付けられることによって、相互に接近する方向に移動され、積層状態とされた各電池モジュール31を相互に密着するようにその厚み方向に押圧する。複数の電池モジュール31は、相互に厚み方向の圧力を付された状態で、一体的に固定されている。
The pair of
以下、電池セルの内圧が上昇したときの拘束バンド10の挙動について説明する。図5は、拘束バンドが一対のエンドプレート間に固定されている状態を誇張して示す断面模式図である。図1〜図4を参照して説明したように、一対のエンドプレート20が電池モジュール31の積層体30に対向する対向面23において、拘束バンド10の曲げ部12は、ボルト28およびナット29を用いてエンドプレート20に固定されている。なお、図5および後述する図6〜図11では、簡略化のために電池モジュール31の積層体30は図示を省略されている。
Hereinafter, the behavior of the restraining
図6は、電池セルの内圧が上昇したときエンドプレートに加わる押圧力を示す模式図である。積層体30におけるいずれかの電池モジュール31に含まれるいずれかの電池セルでは、たとえば電池セルの内部における水素ガスの発生などの何らかの原因によって電池セルの内圧が上昇して、電池セルが特に厚み方向(DR1方向)において膨張するおそれがある。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the pressing force applied to the end plate when the internal pressure of the battery cell increases. In any battery cell included in any
いずれかの電池セルがDR1方向に膨張すると、電池セルがエンドプレート20を押圧し、図6中に矢印で示すように、積層体30からエンドプレート20に向かって押圧力F1が加えられる。この押圧力F1の作用により、一対のエンドプレート20は、DR1方向に沿って相離れるように移動する。電池セルがエンドプレート20を押圧する押圧力F1によって、エンドプレート20は外側に移動する。つまり、エンドプレート20は、電池セルの内圧が上昇するときに電池セルから加えられる荷重を受けて、電池セルと対向する対向面23から対向面23と反対面の裏面24に向かう方向に変位する。
When any one of the battery cells expands in the DR1 direction, the battery cell presses the
このとき、押圧力F1が電池セルから加えられることによってエンドプレート20にたわみが発生するが、エンドプレート20の剛性が十分に高いために、エンドプレート20の変位量に対してたわみ量は小さく抑えられる。電池セルがエンドプレート20を押圧するとき、エンドプレート20に生じる変形量は小さく、エンドプレート20は荷重が負荷される前の形状をほぼ維持した状態でDR1方向に移動する。
At this time, when the pressing force F1 is applied from the battery cell, the
一対のエンドプレート20が互いに離れるように移動して、エンドプレート20同士の間隔が大きくなるために、拘束バンド10が引っ張られて変形する。このとき、拘束バンド10の両端の2箇所の曲げ部12の両方が、一対のエンドプレート20の互いに対向する内側の面である対向面23において、エンドプレート20に固定されている。エンドプレート20に固定された拘束バンド10の曲げ部12は、エンドプレート20に付き従うように移動して、図6に示すように弾性変形する。
Since the pair of
図7は、電池セルの内圧が上昇したときの拘束バンドの曲げ部付近を拡大して示す模式図である。図7に示すように、曲げ部12は、ボルト28と締結されエンドプレート20に固定された部分である締結部12aと、締結部12aよりも拘束バンド10の端部側の外側端部12bと、締結部12aよりも帯状板部11側の接続部12cとを有する。
FIG. 7 is an enlarged schematic view showing the vicinity of the bent portion of the restraining band when the internal pressure of the battery cell increases. As shown in FIG. 7, the bending
電池セルからエンドプレート20に押圧力F1が加えられるとき、拘束バンド10は、図7に示すように弾性変形する。締結部12aにおいて曲げ部12はエンドプレート20に固定されており、かつ、エンドプレート20の変位によって接続部12cがエンドプレート20の対向面23から離れるように曲げ部12は曲げ変形する。このとき、外側端部12bからエンドプレート20に向かって、図7中に矢印で示すように、反発力F2が負荷される。
When the pressing force F1 is applied from the battery cell to the
この反発力の作用によって、エンドプレート20は、図7中に曲線矢印で示す向きの曲げモーメントMを受ける。この曲げモーメントMの作用により、エンドプレート20は、対向面23側が凸形状となり裏面24側が凹形状となるようにたわみ変形する。対向面23が突起するようにエンドプレート20が変形し、一対のエンドプレート20間の距離が小さくなるために、エンドプレート20から電池モジュール31の積層体30に対し、図8中に矢印で示す拘束力F3が作用する。なお図8は、エンドプレートがたわみ変形した状態を示す模式図である。拘束力F3がエンドプレート20から積層体30に作用するために、図6に示す電池セルがエンドプレート20を押圧する押圧力F1と逆向きの力が、エンドプレート20から電池セルに加えられることになる。すなわち、押圧力F1を打ち消す方向に拘束力F3が作用するため、電池モジュール31に含まれる電池セルの変形が抑制される。
Due to the action of the repulsive force, the
ここで拘束バンド10は、押圧力F1が作用するときに弾性変形してエンドプレート20に反発力F2を作用し得るために十分な強度を有するように、厚さおよび幅が調整されている。拘束バンド10は、エンドプレート20に押圧力F1が加えられたときに弾性変形して反発力F2を発生させることができる弾性材料であれば、どのような材質によって形成されていてもよく、たとえば金属製の板により形成することができる。
Here, the thickness and the width of the
以上説明したように、実施の形態1の拘束バンド10は、電池モジュール31の積層体30の積層方向であるDR1方向に延びる帯状板部11と、帯状板部11の両端部においてDR1方向と直交するDR2方向に曲げられた曲げ部12を有する。曲げ部12は、エンドプレート20が積層体30と対向する対向面23において、エンドプレート20に固定されている。電池モジュール31に含まれる電池セルがエンドプレート20を押圧したとき、拘束バンド10が変形し、変形した拘束バンド10がエンドプレート20を対向面23側に凸に撓ませることによって、電池セルの変形を抑制する。
As described above, the
このようにすれば、電池セルの内圧が上昇するなどして電池セルがエンドプレート20に押圧力F1を作用させるとき、一対のエンドプレート20は互いに離れる方向に移動する。このエンドプレート20の変位に伴って、エンドプレート20に固定された拘束バンド10の曲げ部12が変形する。このとき曲げ部12からエンドプレート20に作用する反発力F2によって、エンドプレート20は曲げモーメントMを受け、エンドプレート20は積層体30と対向する対向面23側に凸に撓む。
In this way, when the battery cell applies the pressing force F1 to the
このエンドプレート20の撓みによって、積層体30に対して、電池セルの変形を抑制する方向の拘束力F3がエンドプレート20から加えられる。電池セルの内圧が上昇したとき、電池モジュール31の積層体30に対して、電池セルの脹れを規制する方向の拘束力F3がエンドプレート20から加えられる。これにより、いずれかの電池モジュール31に含まれるいずれかの電池セルの内圧が上昇しても、電池セルの膨張が抑制されることになる。したがって、電池セルの変形量が抑えられ、電池セルを拘束することができるので、電池セル間の境界で電池モジュール31が破損し積層体30が破損することを抑制し、電池パック1の電池性能が低下することを回避することができる。
Due to the bending of the
拘束部材として丸棒または板状の部材を使用していた従来の電池パックの構造では、拘束部材自体の剛性を高めることによって電池パックの拘束力を増加させていた。これに対し、本実施の形態の電池パック1では、拘束バンド10自体の剛性に加えて、拘束バンド10が弾性変形するときエンドプレート20に作用する反発力F2を、電池モジュール31の積層体30に対する拘束力F3に変換して使用することができる。したがって、従来の拘束部材と比較して、拘束バンド10の板厚または幅を低減させて拘束バンド10自体の剛性を小さくした場合でも、同等の拘束力を得ることができるので、拘束バンド10の軽量化および製造コストの低減を達成することができる。または、従来の拘束部材と同等の板厚および幅を有する拘束バンド10とした場合には、従来の拘束部材と比較して、電池パック1の拘束力を増加させることができる。
In the conventional battery pack structure in which a round bar or a plate-like member is used as the restraining member, the restraining force of the battery pack is increased by increasing the rigidity of the restraining member itself. On the other hand, in the battery pack 1 of the present embodiment, in addition to the rigidity of the
拘束バンド10が、帯状板部11と、帯状板部11に対し直角に曲げられた曲げ部12とを有していても、曲げ部12の曲げ方向によっては、曲げ部12がエンドプレート20に対し作用する反発力F2を拘束力F3へ変換することができない。つまり、曲げ部12がエンドプレート20に固定された締結部12aに対し、エンドプレート20の対向面23の中心部により近接する位置において、エンドプレート20に反発力F2が負荷された場合には、エンドプレート20は、図7に示す曲げモーメントMと逆向きの曲げモーメントを受ける。曲げモーメントMと逆向きの曲げモーメントを受けたエンドプレート20は、図8に示すたわみ形状と逆にたわみ、この場合電池モジュール31の積層体30に拘束力F3が負荷されないために、電池パック1の拘束力は逆に低下してしまう。
Even if the
そこで、実施の形態1の拘束バンド10では、帯状板部11が積層体30の側面32に対し平行に配置されており、曲げ部12は、帯状板部11に対して積層体30から離隔する向きに曲げられている。このようにすれば、締結部12aよりも対向面23の中心部からより離れる位置においてエンドプレート20に反発力F2を負荷することができるので、確実に積層体30に対し拘束力F3を作用させることができる。また、帯状板部11を積層体30に近接させて配置させることができ、電池パック1の全体形状を小型化できるので望ましい。
Therefore, in the
電池パック1では、各電池モジュール31に含まれる電池セルの電池残存容量は一定とならずばらつくために、全ての電池セルの内圧が一様に上昇して膨張するものではない。そのため、エンドプレート20に形成される突出部22a,22bは、可能な限りDR1方向と直交するエンドプレート20の幅方向における互いの間隔を大きくして形成し、突出部22a,22bはエンドプレート20の上側縁21aまたは下側縁21bの端部近傍に形成されているのが望ましい。
In the battery pack 1, since the battery remaining capacity of the battery cells included in each
突出部22a,22bを互いの間隔を大きくして形成することによって、いずれか1つの電池セルが膨張するような場合にも、拘束バンド10により拘束されるエンドプレート20によって、その電池セルの膨張が確実に抑制されることになる。そのため、電池セルの膨張量が許容値を超えることによる電池性能の低下、電槽ケースの破壊などを確実に防止することができる。
Even if any one battery cell expands by forming the
(実施の形態2)
図9は、実施の形態2の蓄電装置の概略構成を示す斜視図である。図10は、実施の形態2の拘束バンドが一対のエンドプレート間に固定されている状態を誇張して示す断面模式図である。図9および図10に示すように、実施の形態2では、拘束バンド10の帯状板部11の配置において、実施の形態1と異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of the power storage device of the second embodiment. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view exaggeratingly showing a state in which the restraint band of the second embodiment is fixed between a pair of end plates. As shown in FIGS. 9 and 10, the second embodiment differs from the first embodiment in the arrangement of the band-shaped
具体的には、拘束バンド10は、電池モジュール31の積層体30の一の側面である、図1および図4に示す側面32,35に対向する位置に配置されている。側面32に対向する位置に2個の拘束バンド10が設けられており、側面35に対向する位置に2個の拘束バンド10が設けられている。帯状板部11は、積層体30の側面32,35に対し垂直に配置されている。帯状板部11は、積層体30の積層方向であるDR1方向に延在している。曲げ部12は、DR1方向と直交するDR3方向に沿うように、DR1方向に対して直角に曲げられている。
Specifically, the
積層体30の側面32,35を二分する仮想の中心線CLを、図10中の一点鎖線で示す。中心線CLは、側面32または側面35の表面積を二等分する、DR1方向に延びる直線である。曲げ部12は、図9および図10に示すように、帯状板部11に対して、中心線CLから離隔する向きに曲げられている。
A virtual center line CL that bisects the side surfaces 32 and 35 of the stacked
図11は、実施の形態2の電池セルの内圧が上昇したときの拘束バンドの変形を示す断面模式図である。図11に示すように、実施の形態1と同様に、電池セルの内圧が上昇してエンドプレート20に押圧力F1が加えられたとき、拘束バンド10の変形に伴って反発力F2が発生し、反発力F2の作用によりエンドプレート20は曲げモーメントMを受け、積層体30と対向する対向面23側に凸に撓む。この撓みによって、押圧力F1と逆向きの拘束力がエンドプレート20から積層体30に作用し、積層体30に対して電池セルの脹れを規制する方向の力が加えられる。そのため、電池セルの変形量が抑えられ、電池セルを拘束することができるので、電池セル間の境界で電池モジュール31が破損することを抑制し、電池性能が低下することを回避することができる。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing deformation of the restraining band when the internal pressure of the battery cell of
帯状板部11に対する曲げ部12の曲げ方向が一方向に揃えられていると、拘束バンド10の反発力F2がエンドプレート20に作用しても、エンドプレート20に図11で示す方向の曲げモーメントMが作用しない可能性がある。つまり、外側端部12bがエンドプレート20に反発力を作用させる位置が、締結部12aに対して対向面23の中心部からより離れる位置でなければ、図11に示す曲げモーメントMは発生せず、積層体30に拘束力を作用させる向きとは異なる向きにエンドプレート20がたわむ場合がある。
When the bending direction of the bending
そこで、実施の形態2では、積層体30の側面32,35に対し垂直に配置された帯状板部11に対して、中心線CLから離隔する向きに曲げ部12が形成されている。このようにすれば、締結部12aよりも対向面23の中心部からより離れる位置においてエンドプレート20に反発力F2を負荷することができるので、確実にエンドプレート20に曲げモーメントMを作用させ、積層体30に対し拘束力F3を作用させることができる。また、積層体30の一側面当り偶数個の拘束バンド10を設けることにより、エンドプレート20に対し均等な曲げモーメントMを作用させることができる。
Therefore, in the second embodiment, the
(実施の形態3)
図12は、実施の形態3の蓄電装置の概略構成を示す斜視図である。図12に示すように、実施の形態3の拘束バンド10は、電池モジュール31の積層体30の一の側面である、図1および図4に示す側面32,35に対向する位置に配置されている。側面32に対向する位置に2個の拘束バンド10が設けられており、側面35に対向する位置に2個の拘束バンド10が設けられている。
(Embodiment 3)
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of the power storage device of the third embodiment. As shown in FIG. 12, the
帯状板部11は、積層体30の積層方向であるDR1方向に延在している。帯状板部11は、積層体30の側面32,35に対し平行に設けられた平行面11aと、積層体30の側面32,35に対し垂直に設けられた垂直面11bとを含む。帯状板部11は、平行面11aと垂直面11bとが組み合わされており、積層体30の積層方向であるDR1方向に直交する断面の形状がL字形状となるように形成されている。
The strip-shaped
曲げ部12は、帯状板部11の両端部において、帯状板部11の延在方向に対して直角に曲げられている。曲げ部12は、エンドプレート20の対向面23において、エンドプレート20に固定されている。曲げ部12は、平行面11aに対して、積層体30から離隔する向きに曲げられている。また曲げ部12は、垂直面11bに対して、実施の形態2で説明した中心線CLから離隔する向きに曲げられている。
The
以上説明した実施の形態3の構成を有する電池パックにおいても、電池セルの内圧が上昇してエンドプレート20に外向きの押圧力が加えられたとき、拘束バンド10の変形に伴って反発力F2が発生し、反発力F2の作用によりエンドプレート20は曲げモーメントMを受け、積層体30と対向する対向面23側に凸に撓む。この撓みによって、押圧力F1と逆向きの拘束力がエンドプレート20から積層体30に作用し、積層体30に対して電池セルの脹れを規制する方向の力が加えられる。そのため、電池セルの変形量が抑えられ、電池セルを拘束することができるので、電池セル間の境界で電池モジュール31が破損することを抑制し、電池性能が低下することを回避することができる。
Also in the battery pack having the configuration of the third embodiment described above, when the internal pressure of the battery cell rises and an outward pressing force is applied to the
なお、実施の形態1〜3の説明においては、電池セルは、リチウムイオン電池であるが、この形態に限られず、任意の電池セルを備える電池モジュールに本発明を適用することができる。たとえば、電池セルは、ニッケル−カドミウム電池またはニッケル−水素電池を含んでいてもよい。また、蓄電装置としては、この形態に限られず、電気を蓄える機能を有していればよい。たとえば、蓄電装置は、キャパシタを含んでいてもよい。 In the description of the first to third embodiments, the battery cell is a lithium ion battery, but is not limited to this form, and the present invention can be applied to a battery module including any battery cell. For example, the battery cell may include a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery. Further, the power storage device is not limited to this form, and may have a function of storing electricity. For example, the power storage device may include a capacitor.
また、角型の平板状の電池モジュールに限られず、任意の形状の電池モジュールを含む電池パックに本発明を適用することができる。たとえば、円板形状の電池モジュールが積層された円筒形状の積層体を一対のエンドプレートで挟み込む電池パックに、本発明を適用してもよい。 Further, the present invention is not limited to a rectangular flat battery module, and the present invention can be applied to a battery pack including a battery module having an arbitrary shape. For example, the present invention may be applied to a battery pack in which a cylindrical stacked body in which disk-shaped battery modules are stacked is sandwiched between a pair of end plates.
また、これまでの説明においては、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するハイブリッド車両を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、燃料電池と二次電池とを駆動源とする燃料電池ハイブリッド車両(FCHV:Fuel Cell Hybrid Vehicle)または電気自動車(EV:Electric Vehicle)にも本発明の蓄電装置を適用することもできる。さらに、本発明は、自動車に搭載される蓄電装置に限られず、任意の蓄電モジュールが積層された蓄電装置に適用することができる。 In the above description, the hybrid vehicle that drives the internal combustion engine at the fuel efficiency optimum operating point has been described as an example. However, the present invention is not limited to this mode, and the fuel cell uses a fuel cell and a secondary battery as driving sources. The power storage device of the present invention can also be applied to a hybrid vehicle (FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle) or an electric vehicle (EV: Electric Vehicle). Furthermore, the present invention is not limited to a power storage device mounted on an automobile, and can be applied to a power storage device in which arbitrary power storage modules are stacked.
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described as above, the embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 電池パック、10 拘束バンド、11 帯状板部、11a 平行面、11b 垂直面、12 曲げ部、12a 締結部、12b 外側端部、12c 接続部、13 孔部、20 エンドプレート、21a 上側縁、21b 下側縁、22a,22b 突出部、23 対向面、24 裏面、28 ボルト、29 ナット、30 積層体、31 電池モジュール、32,33,34,35 側面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery pack, 10 Restraint band, 11 Strip | belt-shaped board part, 11a Parallel surface, 11b Vertical surface, 12 Bending part, 12a Fastening part, 12b Outer edge part, 12c Connection part, 13 Hole part, 20 End plate, 21a Upper edge, 21b Lower side edge, 22a, 22b Protruding part, 23 Opposing surface, 24 Back surface, 28 Bolt, 29 Nut, 30 Stack, 31 Battery module, 32, 33, 34, 35 Side surface.
Claims (4)
前記積層体の前記積層方向の両端に配置された一対のエンドプレートと、
前記エンドプレート同士を締結する拘束部材とを備え、
前記拘束部材は、前記積層方向に延びる帯状板部と、前記帯状板部の両端部において前記積層方向に対して直角に曲げられた曲げ部とを有し、
前記エンドプレートの前記積層体と対向する対向面において、前記曲げ部が前記エンドプレートに固定されており、
前記蓄電セルが前記エンドプレートを押圧したとき、前記拘束部材が変形し、変形した前記拘束部材が前記エンドプレートを前記対向面側に凸に撓ませることによって前記蓄電セルの変形を抑制する、蓄電装置。 A stacked body in which storage cells are stacked in one stacking direction;
A pair of end plates disposed at both ends of the stack in the stacking direction;
A restraining member for fastening the end plates together,
The restraining member has a strip-shaped plate portion extending in the stacking direction, and bent portions bent at right angles to the stacking direction at both ends of the strip-shaped plate portion,
In the facing surface facing the laminate of the end plate, the bent portion is fixed to the end plate,
When the electricity storage cell presses the end plate, the restraint member is deformed, and the deformed restraint member suppresses deformation of the electricity storage cell by flexing the end plate convexly toward the facing surface. apparatus.
前記曲げ部は、前記帯状板部に対して、前記積層体から離隔する向きに曲げられている、請求項1に記載の蓄電装置。 The strip-shaped plate portion is disposed in parallel to the side surface of the laminate,
The power storage device according to claim 1, wherein the bent portion is bent in a direction away from the stacked body with respect to the strip-shaped plate portion.
前記帯状板部は、前記一の側面に対し垂直に配置されており、
前記曲げ部は、前記帯状板部に対して、前記積層方向に延びて前記一の側面を二分する中心線から離隔する向きに曲げられている、請求項1に記載の蓄電装置。 An even number of the restraining members are provided at positions facing one side surface of the laminate,
The belt-shaped plate portion is disposed perpendicular to the one side surface,
2. The power storage device according to claim 1, wherein the bent portion is bent in a direction away from a center line that extends in the stacking direction and bisects the one side surface with respect to the belt-shaped plate portion.
前記帯状板部は、前記一の側面に対し平行に設けられた平行面と、前記一の側面に対し垂直に設けられた垂直面とを含み、前記平行面と前記垂直面とが組み合わされた断面形状L字状に形成されており、
前記曲げ部は、前記平行面に対して、前記積層体から離隔する向きに曲げられており、かつ、前記垂直面に対して、前記積層方向に延びて前記一の側面を二分する中心線から離隔する向きに曲げられている、請求項1に記載の蓄電装置。 An even number of the restraining members are provided at positions facing one side surface of the laminate,
The strip-shaped plate portion includes a parallel surface provided parallel to the one side surface and a vertical surface provided perpendicular to the one side surface, and the parallel surface and the vertical surface are combined. It is formed in a cross-sectional L shape,
The bent portion is bent in a direction away from the stacked body with respect to the parallel surface, and extends in the stacking direction with respect to the vertical surface, and from a center line that bisects the one side surface. The power storage device according to claim 1, wherein the power storage device is bent in a separating direction.
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