JP2010244894A - Battery module using sealing type square battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、密閉式の角形電池を複数積層して構成した電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery module configured by stacking a plurality of sealed rectangular batteries.
従来、密閉式電池の形状として、円筒形が一般的に採用されてきた。円筒形電池においては、電極体として、正極体と負極体とをセパレータを介して円筒形に巻き取った簡易な構造のものを使用することができると同時に、電池の内部圧力に対する耐圧性に優れるという利点がある。 Conventionally, a cylindrical shape has generally been adopted as the shape of a sealed battery. In a cylindrical battery, a simple structure in which a positive electrode body and a negative electrode body are wound into a cylindrical shape via a separator can be used as an electrode body, and at the same time, the pressure resistance against the internal pressure of the battery is excellent. There is an advantage.
ところで、近年、省エネルギーやCO2削減への配慮から、自動車や電車などの車両に搭載する充放電可能な二次電池が開発されている。車両に二次電池を搭載した場合には、ブレーキ時の回生電力をこの搭載電池に蓄えておき、車両の動力源として使用することができるので、車両運行のエネルギー効率を高めるとともに、CO2の排出量を削減することができる。 By the way, in recent years, in consideration of energy saving and CO 2 reduction, a rechargeable secondary battery mounted on a vehicle such as an automobile or a train has been developed. When equipped with the secondary battery in a vehicle, keep stored regenerative electric power during braking to the mounting battery, because it can be used as a power source of the vehicle, to increase the energy efficiency of the vehicle operation, the CO 2 Emissions can be reduced.
車両用の電池には、設置スペースが制限される都合上、従来の携帯機器等に用いられるものに比べて、高電圧および高エネルギー容量が要求されるため、大型の電池を複数組み合わせて構成した電池モジュールを使用することが一般的である。大型電池を使用する場合には、電池性能や生産性の観点から、円筒形電池に用いられる巻取り式の電極体よりも、正極体と負極体を交互に積層した電極体の方が適していること、および、電池が設置されるスペースを効率的に利用する必要性が大きいことから、円筒形よりも角形の電池とすることが望ましい(特許文献1)。 Due to the limited installation space, vehicle batteries require a higher voltage and higher energy capacity than those used in conventional portable devices. It is common to use a battery module. When using a large battery, from the viewpoint of battery performance and productivity, an electrode body in which positive and negative electrode bodies are alternately laminated is more suitable than a wound electrode body used in a cylindrical battery. Therefore, it is desirable to use a square battery rather than a cylindrical battery (Patent Document 1).
このように、複数の角形電池を組み合わせた電池モジュールの構造として、例えば、対向配置された正・負極それぞれの端子板間に、絶縁素材からなる矩形の枠形部材を介在させて形成したケーシングを有する単位電池を、隣接する単位電池の一方の正極端子板と他方の負極端子板とが互いに接触するように積層させたものが提案されている(特許文献2)。このような構造を有する電池モジュールでは、単位電池を前後方向に積層するだけで、複数の単位電池が直列に接続されるので、電池モジュールの構造が簡単になり、かつ組立作業が容易になる。 Thus, as a battery module structure in which a plurality of rectangular batteries are combined, for example, a casing formed by interposing a rectangular frame member made of an insulating material between the terminal plates of the positive and negative electrodes arranged opposite to each other. There has been proposed a battery in which unit cells are stacked so that one positive electrode terminal plate and the other negative electrode terminal plate of adjacent unit cells are in contact with each other (Patent Document 2). In the battery module having such a structure, a plurality of unit batteries are connected in series simply by stacking the unit batteries in the front-rear direction, so that the structure of the battery module is simplified and assembly work is facilitated.
しかしながら、この電池モジュールで使用している単位電池は、単独での密閉性が不十分である。したがって、単位電池間の接触を保持するのみならず、各単位電池の密閉を確保するために、単位電池の積層体を積層方向に締め付けるための締付部材が設けられている。積層された複数の単位電池の密閉を維持するには、大きな締付力を長期にわたって維持する必要があるので、電池モジュールの前後に渡って締付力を負担する締付部材を厚肉に形成して剛性を確保しなければならない。さらには、締付部材を電池積層体に固定するための固定部材を多数使用する必要がある。このため、電池モジュールの重量および体積が増大し、その結果、電池モジュールのエネルギー密度が等価的に低下する。 However, the unit battery used in this battery module has insufficient hermeticity alone. Therefore, in order to not only maintain the contact between the unit cells but also ensure the sealing of the unit cells, a tightening member for tightening the unit cell stack in the stacking direction is provided. In order to maintain the sealing of multiple stacked unit cells, it is necessary to maintain a large clamping force over a long period of time, so a thick clamping member that bears the clamping force across the battery module is formed. Therefore, rigidity must be ensured. Furthermore, it is necessary to use many fixing members for fixing the fastening member to the battery stack. For this reason, the weight and volume of a battery module increase, As a result, the energy density of a battery module falls equivalently.
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、複数の角形電池を積層した電池モジュールの組立てを容易化しながら、電池モジュールの重量エネルギー密度および体積エネルギー密度を向上させることにある。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to improve the weight energy density and volume energy density of a battery module while facilitating the assembly of a battery module in which a plurality of rectangular batteries are stacked.
前記した目的を達成するために、本発明に係る電池モジュールは、互いに対向して配置された導電性の板材からなる正極端子板および負極端子板を有する密閉式の角形電池を、両端子板の対向方向に複数個積層してなる電池積層体と、前記電池積層体の積層方向の一端部および他端部にそれぞれ配置された正極端板および負極端板と、前記電池積層体、前記正極端板および前記負極端板を結束する帯状の結束部材とを備えている。前記電池積層体を構成する前記角形電池としては、例えば、ニッケル水素二次電池を用いることができる。 In order to achieve the above-described object, a battery module according to the present invention includes a sealed prismatic battery having a positive electrode terminal plate and a negative electrode terminal plate made of conductive plate materials arranged opposite to each other, and having both terminal plates. A battery stack formed by laminating a plurality in the opposing direction, a positive end plate and a negative end plate disposed at one end and the other end in the stacking direction of the battery stack, the battery stack, and the positive end And a strip-shaped binding member for binding the negative electrode end plate. As the prismatic battery constituting the battery stack, for example, a nickel-hydrogen secondary battery can be used.
この構成によれば、対向配置された正極端子板および負極端子板を備える単位電池を使用することにより、複数の単位電池を一定方向に積層させるだけで直列に接続することができるので、電池モジュールの構造が簡単になる。しかも、単位電池を積層させた電池積層体と、電池モジュールの端子となる正極および負極の端板を、帯状の結束部材で結束し、結束部材の結束力のみによって電池間の接触を保持しているので、電池モジュール全体を強固に締め付ける締付部材や、これを電池積層体に固定する固定部材を省いて、電池モジュールの軽量化および小型化を図ることができる。 According to this configuration, by using a unit cell including a positive electrode terminal plate and a negative electrode terminal plate arranged to face each other, a plurality of unit cells can be connected in series only by being stacked in a certain direction. The structure becomes simple. In addition, the battery stack in which the unit cells are stacked and the positive and negative electrode end plates serving as the terminals of the battery module are bound by a band-shaped binding member, and the contact between the batteries is maintained only by the binding force of the binding member. Therefore, it is possible to reduce the weight and size of the battery module by omitting the fastening member that firmly tightens the entire battery module and the fixing member that fixes the battery module to the battery stack.
本発明に係る電池モジュールにおいて、前記帯状の結束部材が、前記電池積層体の積層方向に伸縮可能な弾性を有する結束部材として形成されていてもよい。このように構成することで、単位電池同士の接触を長期に渡ってより良好に確保することが可能となり、電池モジュールの電気抵抗が低減されて電池性能が向上する。 The battery module which concerns on this invention WHEREIN: The said strip | belt-shaped binding member may be formed as a binding member which has the elasticity which can be expanded-contracted in the lamination direction of the said battery laminated body. By comprising in this way, it becomes possible to ensure more favorable contact between unit cells over a long period of time, the electrical resistance of a battery module is reduced, and battery performance improves.
本発明に係る電池モジュールにおいて、前記積層方向における前記結束部材と前記電池積層体との間に、前記積層方向に収縮した状態で位置して、前記角形電池同士の接触を保持する弾性体をさらに備えていてもよい。このような構成によっても、単位電池同士の接触を長期に渡ってより良好に確保することが可能となり、電池モジュールの電気抵抗が低減されて電池性能が向上する。特に、この場合の弾性体には結束部材としての機能が要求されないので、弾性体の材質および構造の設定の自由度が増し、より適切な結束力を設定することができる。 In the battery module according to the present invention, an elastic body that is positioned between the binding member and the battery stack in the stacking direction in a contracted state in the stacking direction and maintains contact between the rectangular batteries. You may have. Even with such a configuration, it is possible to ensure better contact between the unit batteries over a long period of time, and the electric resistance of the battery module is reduced to improve battery performance. In particular, since the elastic body in this case does not require a function as a binding member, the degree of freedom in setting the material and structure of the elastic body is increased, and a more appropriate binding force can be set.
上記のように弾性体を備える電池モジュールにおいて、前記弾性体が、前記結束部材と前記正極端板および前記負極端板の少なくともいずれか一方との間に介在していてもよい。このように構成することにより、簡単な構造で効果的に単位電池同士の接触を確保することができる。 In the battery module including the elastic body as described above, the elastic body may be interposed between the binding member and at least one of the positive electrode end plate and the negative electrode end plate. By comprising in this way, the contact of unit cells can be effectively ensured with a simple structure.
上記のように弾性体を備える電池モジュールにおいて、さらに、前記結束部材と前記弾性体との間に介在する弾性体固定板を備えていてもよい。このように構成することにより、弾性体を結束部材で直接締め付ける場合よりも安定的に保持することが可能になる。また、弾性体固定板の寸法を調整することにより、弾性体の数および位置を設定する自由度が増し、弾性体をより適切に保持することが可能になる。 The battery module including the elastic body as described above may further include an elastic body fixing plate interposed between the binding member and the elastic body. By comprising in this way, it becomes possible to hold | maintain more stably than the case where an elastic body is directly clamp | tightened with a binding member. In addition, by adjusting the dimensions of the elastic body fixing plate, the degree of freedom for setting the number and position of the elastic bodies is increased, and the elastic bodies can be held more appropriately.
本発明に係る電池モジュールにおいて、前記電池積層体の、前記弾性体が設けられている側の端板と、前記電池積層体との間に、該電池積層体の端面に接触して前記弾性体の弾性力を前記電池積層体に伝達する圧縮サポート板が配設されていることが好ましい。このように構成することにより、弾性体の弾性力が、電池積層体の端部に位置する単位電池に、単位電池の積層方向に直交する面方向に分散して伝達されるので、端部に位置する単位電池に機械的な故障が発生することを効果的に防止して、電池モジュールの寿命を向上させることができる。 In the battery module according to the present invention, the elastic body is in contact with an end surface of the battery stack between the battery stack and the end plate on the side where the elastic body is provided, and the battery stack. It is preferable that a compression support plate is provided that transmits the elastic force of the battery to the battery stack. With this configuration, the elastic force of the elastic body is distributed and transmitted to the unit battery located at the end of the battery stack in a plane direction perpendicular to the stacking direction of the unit battery. It is possible to effectively prevent a mechanical failure from occurring in the unit battery positioned, and to improve the life of the battery module.
上記のように、圧縮サポート板を設ける場合、前記圧縮サポート板に、前記積層方向に直交して延びる貫通孔が形成されていることが好ましい。この構成によれば、圧縮サポート板に設けた貫通孔に冷却用空気を通過させることにより、電池積層体の端部に位置する単位セルの表面を冷却することができるので、電池積層体の充放電性能が向上する。 As described above, when the compression support plate is provided, it is preferable that a through hole extending perpendicularly to the stacking direction is formed in the compression support plate. According to this configuration, the surface of the unit cell located at the end of the battery stack can be cooled by allowing the cooling air to pass through the through hole provided in the compression support plate. Discharge performance is improved.
また、本発明に係る電池モジュールにおいて、前記電池積層体の前記単位電池間に、前記積層方向に直交する方向に貫通する冷却通路を形成する放熱部材が介在していることが好ましい。このように構成することにより、電池積層体の端部に位置する単位電池のみならず、電池積層体を構成する各単位電池を効果的に冷却することができるので、電池積層体の充放電性能が向上する。 Moreover, the battery module which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that the heat radiating member which forms the cooling path penetrated in the direction orthogonal to the said lamination direction is interposing between the said unit cells of the said battery laminated body. By comprising in this way, since not only the unit battery located in the edge part of a battery laminated body but each unit battery which comprises a battery laminated body can be cooled effectively, the charge / discharge performance of a battery laminated body Will improve.
本発明に係る電池モジュールにおいて、前記正極端板、負極端板、電池積層体、弾性体固定板および圧縮サポート板の少なくともいずれかに、前記結束部材を受け入れる結束用凹部が設けられていてもよい。このように構成することにより、電池モジュールが、例えば車両のような、振動の多い設置環境で使用されても、結束部材の位置ずれや脱落を防止することができるので、電池モジュールの信頼性が向上する。 In the battery module according to the present invention, a binding recess for receiving the binding member may be provided in at least one of the positive electrode end plate, the negative electrode end plate, the battery laminate, the elastic body fixing plate, and the compression support plate. . With this configuration, even when the battery module is used in an installation environment with a lot of vibration such as a vehicle, the binding member can be prevented from being displaced and dropped, so that the reliability of the battery module is improved. improves.
本発明に係る電池モジュールにおいて、前記弾性体に接する板部材の少なくともいずれかに、前記弾性体を受け入れる圧縮用凹部が形成されている。このように構成することにより、電池モジュールが、例えば車両のような、振動の多い設置環境で使用されても、弾性体の位置ずれや脱落を防止することができるので、電池モジュールの信頼性が向上する。 In the battery module according to the present invention, a compression recess for receiving the elastic body is formed in at least one of the plate members in contact with the elastic body. With this configuration, even when the battery module is used in an installation environment with a lot of vibration such as a vehicle, it is possible to prevent the displacement and dropout of the elastic body. improves.
上記のように、本発明に係る電池モジュールに圧縮用凹部を設ける場合、前記弾性体固定板に、前記積層方向に貫通する貫通孔が設けられ、該貫通孔のねじ部に電池モジュールの外方から螺合されて貫通孔の一部分を塞ぐねじ体の先端面と、前記貫通孔の他部分の内周面とによって前記圧縮用凹部が形成されており、前記弾性体の一端部が、前記ねじ体の先端面に圧接していてもよい。このように構成することにより、電池モジュールの組立工程や、使用途中において、ねじ体のねじ込み位置を調整することにより、電池モジュールを分解することなく容易に圧縮力を調整できるので、組立作業やメンテナンス作業が容易になる。 As described above, when the compression recess is provided in the battery module according to the present invention, the elastic body fixing plate is provided with a through-hole penetrating in the stacking direction, and the screw portion of the through-hole has an outer side of the battery module. The compression recess is formed by a tip surface of a screw body that is screwed together to close a part of the through hole and an inner peripheral surface of the other part of the through hole, and one end portion of the elastic body is connected to the screw You may press-contact with the front end surface of a body. By configuring in this way, it is possible to easily adjust the compression force without disassembling the battery module by adjusting the screwing position of the screw body during the battery module assembly process or during use. Work becomes easy.
上記のように、端板にねじ体を螺合させる場合、前記ねじ体が、頭部を有しない軸部のみからなるねじ体であってもよい。このように、頭部を有しないねじ体を使用することにより、電池モジュールをコンパクトに構成することができる。 As described above, when the screw body is screwed into the end plate, the screw body may be a screw body including only a shaft portion having no head. Thus, a battery module can be comprised compactly by using the screw body which does not have a head.
本発明に係る電池モジュールにおいて、前記結束部材を絶縁性素材で形成してもよい。この構成によれば、正極端板および負極端板と結束部材との間に絶縁部材を設ける必要がないので、電池モジュールを一層コンパクトに構成することができる。 In the battery module according to the present invention, the binding member may be formed of an insulating material. According to this configuration, since it is not necessary to provide an insulating member between the positive electrode end plate and the negative electrode end plate and the binding member, the battery module can be configured more compactly.
以上のように、本発明に係る電池モジュールによれば、電池モジュールの組立てを容易にする構造を有する電池を用い、電池モジュール全体を強固に締め付ける締付部材や、これを電池積層体に固定する固定部材を省いて、組立作業の容易化、電池モジュールの軽量化および小型化を図ることが可能となる。 As described above, according to the battery module of the present invention, the battery having a structure that facilitates the assembly of the battery module is used, and the fastening member that firmly tightens the entire battery module or the battery member is fixed to the fastening member. By omitting the fixing member, it is possible to facilitate the assembling work and reduce the weight and size of the battery module.
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の第1実施形態に係る電池モジュールBを示す斜視図である。この電池モジュールBは、密閉式の角形電池である単位電池Cを複数個使用して構成したものであり、単位電池Cを複数個積層した電池積層体1と、電池モジュールB全体の端子となる正極端板3および負極端板5と、帯状の結束部材7とを主要な構成要素として備えている。単位電池Cは、水酸化ニッケルを主要な正極活物質とし、水素吸蔵合金を主要な負極活物質とし、アルカリ系水溶液を電解液とするニッケル水素二次電池として構成されている。なお、以下の説明では、単位電池Cの積層方向Xにおける正極側を前側と呼び、負極側を後側と呼ぶ。
FIG. 1 is a perspective view showing a battery module B according to the first embodiment of the present invention. This battery module B is configured by using a plurality of unit batteries C which are sealed prismatic batteries, and serves as a
本実施形態に用いる単位電池Cは、対向して配置された導電性の板材からなる正極端子板および負極端子板を有する密閉式の角形電池であれば、どのような構造を有していてもよいが、例えば、図2の斜視図に示すような構造とすることができる。この単位電池Cは、互いに平行に対向配置された正極端子板13および負極端子板15と、両端子板13,15に固定された絶縁素材からなる矩形の枠形部材17とによって形成された角形のケーシング19を有している。ケーシング19は、両端子板13,15を枠形部材17にインサート成形して形成されたものであり、枠形部材17が、ケーシング19の外周部19aを形成している。
The unit battery C used in the present embodiment has any structure as long as it is a sealed rectangular battery having a positive electrode terminal plate and a negative electrode terminal plate made of conductive plate materials arranged to face each other. For example, the structure shown in the perspective view of FIG. 2 can be used. This unit cell C is a square formed by a positive
図3は、図2の単位電池Cの内部構造を示す断面図である。ケーシング19の内方には、セパレータ21、正極を構成する正極体23および負極を構成する負極体25を含む電極体27が、電解液とともに収納されている。電極体27は、プリーツ状に折り曲げられたセパレータ21を介して、平板状の正極体23および負極体25が交互に積層されて対向するプリーツ構造を有している。本実施形態において、電極体27は、矩形の枠形部材17の互いに対向する2組の辺の一方の対向方向である横方向Yに積層されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure of the unit cell C of FIG. Inside the casing 19, an
電極体27の外周は、絶縁性素材からなる矩形の内部枠体29で覆われている。また、正極端子板13および負極端子板15の外縁部13a、15aが、対向方向Xに折り曲げられた折り曲げ部33,35として形成されており、これら折り曲げ部33,35が、枠形部材17と内部枠体29との間に介在している。枠形部材17は、本体部17aの対向方向Xにおけるほぼ中央部に、内周側に突出する内周凸部17bを有しており、この内周凸部17bと、折り曲げ部33,35が内枠部材29の外周面29aを覆っている。
The outer periphery of the
枠形部材17は、インサート成形に適し、かつ耐アルカリ水溶液性を有する樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレンおよびポリエチレンのいずれか1種類またはこれらの混合物によって形成されている。正極端子板13および負極端子板15は、本実施形態では、ニッケルめっきを施した鋼板によって形成されている。両端子板13,15の各折り曲げ部33,35の外周面は、枠形部材17に接合される接合面31であり、エッチングのような表面処理を施すことにより、微細な凹凸が形成されている。この接合面31は短いハッチングで示されている。
The frame-shaped
次に、本実施形態に係る電池モジュールBの構造について詳細に説明する。図4(b)の側面図に示すように、この電池モジュールBにおいて、複数の単位電池Cが、導電性素材からなる放熱板37を介して、破線で示す両端子板13,15の対向方向Xに積層されて電池積層体1を形成している。隣接する単位電池C,Cの一方の正極端子板13と他方の負極端子板15とが対向する向きに配置されて積層されることにより、これら複数の単位電池Cが直列に接続されている。
Next, the structure of the battery module B according to the present embodiment will be described in detail. As shown in the side view of FIG. 4 (b), in this battery module B, a plurality of unit cells C are opposed to both
電池積層体1の正極側端には、電池モジュールBの正極端子となる正極端板3が配置されており、一方、電池積層体1の負極側端には、電池モジュールBの負極端子となる負極端板5が配置されている。
A positive
単位電池C,および両端板3,5の、積層方向Xに直交する縦方向Yの寸法はほぼ同一に設定されており、同様に、積層方向Xおよび横方向Yに直交する縦方向Zの寸法もほぼ同一に設定されている。これらの各要素C,3,5を、2つの帯状の結束部材7が、積層方向Xに締め付けて結束している。
The dimensions of the unit cell C and the
結束部材7を形成する素材は、長期間にわたって結束力に耐える強度を有するものであれば特に限定されないが、本実施形態のように、結束部材7が正負極両方の端子板に接触する構造においては、絶縁性素材である必要がある。また、本実施形態では、結束部材7が、積層方向Xに伸縮可能な弾性を有する結束部材として構成されており、伸長状態にある結束部材7の収縮力によって、電池積層体1が積層方向Xに締め付けられている。
The material for forming the binding
より具体的には、結束部材7は、その全体を弾性材料、例えば、アラミド繊維やカーボンファーバーなどを用いた繊維強化プラスチック(FRP)、ゴムなどで形成することにより弾性を有していてもよいが、本実施形態では、図4(b)に示すように、結束部材7の積層方向Xにおける一部のみを弾性材料からなる弾性部7aとして形成している。この場合の弾性部7aは、例えば、上記のようなFRPやゴムなどの弾性素材で形成してもよく、あるいは、図5(a)に示すように、コイルばねのようなばね部材で形成してもよい。さらには、図5(b)に示すように、弾性部7aを、結束部材7の他の部分と同一の非弾性材料を波形形状とすることで弾性を有するように形成してもよい。
More specifically, the bundling
両端板3,5の、外方に露出する正極端子面3aおよび負極端子面5aと各外周側面3b、5b、および各単位電池Cのケーシング19の外周部19aの、互いに対応する位置に、結束部材7の幅寸法よりも若干大きい幅寸法を有する積層方向Xに延びる溝として形成された、結束用凹部43が設けられている。結束部材7は、この結束用凹部43に受け入れられることにより、車両のような振動の多い使用環境においても、結束位置がずれたり脱落したりすることなく、長期にわたって安定的に結束することができる。
The positive and negative
結束用凹部43は、両端板3,5およびケーシング19のすべてに設けられることが好ましいが、これらのうちの少なくとも一つに設けられていればよい。また、結束用凹部43は、これらの部材3,5,19に限らず、結束部材7によって結束される部材のうちで、結束部材7に接する部材であればどのような部材に設けてもよい。
The binding
図6は、本発明の第2実施形態に係る電池モジュールBを示す概略構成図である。本実施形態では、図6(a)に示すように、結束部材7とは別体の、積層方向Xに伸縮可能な弾性体38を、積層方向Xにおける電池積層体1と結束部材7との間に配設している。より具体的には、結束部材7と正極端板3との間に弾性体38を介在させている。そのほかの構成は、図1の第1実施形態と同様である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a battery module B according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, an
弾性体38は、積層方向Xに収縮した状態で結束部材7と正極端板3との間に介在しており、弾性体38の復元力により、結束部材7を介して電池積層体1が積層方向Xに締め付けられて、単位電池C同士の接触が保持されている。これにより、単位電池C同士の接触を長期に渡ってより良好に確保することが可能となり、電池モジュールBの電気抵抗が低減されて電池性能が向上する。特に、弾性体38には結束部材7としての機能が要求されないので、弾性体38の材質および構造の設定の自由度が増し、より適切な結束力を設定することができる。
The
弾性体38は、積層方向Xに伸縮可能であって、かつ結束部材7と正極端板3との間に安定的に設置することができればどのような材質、構造のものであってもよく、絶縁性素材であってもよい。例えば、図6(b)に示す板ばねや、コイルばね、ゴムなどを、弾性体38として使用することができる。また、結束部材7は、本実施形態においても絶縁性素材である必要がある。
The
なお、弾性体38は、結束部材7と正極端板3との間に限らず、結束部材7と負極端板5との間に介在させてもよく、結束部材7と両端板3,5との間にそれぞれ介在させてもよい。また、本実施形態における結束部材7は、非弾性部材であるものとして説明したが、第1実施形態と同様に、弾性部材として形成してもよい。
The
図7に、本発明の第3実施形態に係る電池モジュールBを示す。この電池モジュールBは、図6の第2実施形態と同様に、結束部材7とは別体の、積層方向Xに伸縮可能な弾性体38が、積層方向Xにおける電池積層体1と結束部材7との間に配設されている。本実施形態では、さらに、図7(b)の側面図に示すように、結束部材7と弾性体38との間に弾性体固定板39が介在している。
FIG. 7 shows a battery module B according to the third embodiment of the present invention. As in the second embodiment of FIG. 6, the battery module B includes an
換言すれば、正極端板3よりも前側に、正極端板3とほぼ同一の縦方向寸法および横方向寸法を有する板材からなる弾性体固定板39が配設されており、正極端板3と弾性体固定板39との間に弾性体38が介在している。図7(a)の正面図に示すように、本実施形態においては、4つの弾性体38が、矩形の正極端板3の各角部の近傍に配置されている。
In other words, an elastic
このように、結束部材7と弾性体38との間に板材からなる弾性体固定板39を介在させたことにより、結束部材7で直接弾性体38を締め付ける場合に比べて、安定的に弾性体38を保持することが可能になる。板材からなる弾性体固定板39を用いれば、後述するように、弾性体38をより安定的に保持するための凹部のような機構を設けることも容易となる。なお、正極端板3と弾性体38との間に、放熱板37をさらに配設して、弾性体固定板39と放熱板37との間に弾性体38が介在する構成としてもよい。
As described above, the elastic
弾性体固定板39の縦方向寸法および横方向寸法は、正極端板3の両寸法よりも小さくてもよいが、帯状の結束部材7の幅方向の寸法(図7の例では縦方向Yの寸法)よりも大きく設定することが好ましい。さらに、弾性体38をグリッド状に配置してもよく、円形状または同心円形状に並べて配置してもよい。また、弾性体38の形状は、角形や円形など、適宜選択することができ、大きさも上述のように適宜変更してよい。このように、弾性体38の寸法および形状を選択することにより、弾性体38に作用する面圧を適切な値に設定することが可能となる。
The longitudinal dimension and the lateral dimension of the elastic
なお、本実施形態では、弾性体固定板39の前面39aおよび側面39bに結束用凹部43を設けている。
In the present embodiment, the binding
図8は、本実施形態の要部を拡大して示す、図7のVIII−VIII線に沿った断面図である。図8に示すように、弾性体固定板39の、弾性体38に対応する位置には、積層方向Xに貫通する貫通孔45が設けられている。この貫通孔45の内周面に形成されたねじ部45aに、頭部を有しない頂面47aにマイナス溝47bが設けられている、すりわり付き止めねじとして形成されたねじ体47が、前側外方から螺合して貫通孔45の一部分を塞いでいる。このようにして、ねじ体47の先端面47cと、貫通孔45の後側の他部分の内周面とによって、弾性体38の一端部38aを受け入れる第1圧縮用凹部49が形成されており、第1圧縮用凹部49の底面を形成するねじ体47の先端面47cに、弾性体38の一端部38aが圧接している。また、正極端板3の前側の、弾性体38に対応する位置に、積層方向Xに凹となって弾性体38の他端部38bを受け入れる第2圧縮用凹部50が設けられている。
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7, showing an essential part of the present embodiment in an enlarged manner. As shown in FIG. 8, a through
本実施形態において、ねじ体47が、弾性体38に電池積層体1の接触を保持するのに十分な弾性力を与える位置までねじ込まれた状態で、ねじ体47の頂面47aが、弾性体固定板39の端面39aよりも前側に突出しないように設定されている。これにより、電池モジュールBの寸法の増大を防止できる。
In the present embodiment, in a state where the
ねじ体47としては、頭部を有するねじ部材を使用してもよいが、上述のように電池モジュールBの寸法増大を抑制する観点から、頭部を有しない軸部のみからなるねじ部材、いわゆるイモねじを使用することが好ましい。このようなねじ体47として、図8に示したすりわり付き止めねじのほかにも、例えば、図9に示す六角穴付き止めねじを使用することができる。
As the
図8に示した第1および第2の圧縮用凹部49,50は、いずれか一方のみ設けてもよく、あるいは、両方省略してもよいが、このように凹部49,50を設けることにより、弾性体38の位置ずれや脱落が防止される。特に、弾性体固定板39に、貫通孔45とねじ体47の先端面47cによって形成した第1圧縮用凹部49を設け、先端面47cに弾性体38の一端部38aを圧接させているので、電池モジュールBの組立て時やメンテナンス時に、ねじ体47のねじ込み位置を調整することによって、電池モジュールBを分解することなく、容易に圧縮力を調整することができる。ねじ体47および弾性体38としては、電気抵抗の小さい素材で形成することが好ましい。
Only one or both of the first and second compression recesses 49 and 50 shown in FIG. 8 may be provided, but by providing the
本実施形態において、弾性体38、弾性体固定板39およびねじ体47は、導電性素材で形成されていても絶縁性素材で形成されていてもよいが、これらの部材を導電性素材で形成した場合には、弾性体固定板39を正極端板3としても利用できるので、弾性体38と電池積層体1との間の正極端板は省略することができる。
In this embodiment, the
この場合、弾性体38としては、図8に示したにコイルばねに限らず、導電性材料からなるいかなる弾性部材、例えば、板ばねを用いてもよく、導電性ゴムのような弾性材料を使用してもよい。もっとも、弾性体38は電気抵抗の小さい材料で形成されていることが好ましい。
In this case, the
図10は、本発明の第4実施形態に係る電池モジュールBを示す概略構成図である。この第4実施形態では、図7の第3実施形態と同様に、結束部材7と弾性体38との間に弾性体固定板39を介在させている。これに加えて、図10に示すように、弾性体固定板39の中央部に、積層方向Xに貫通する貫通孔39cを設けるとともに、正極端板3に、正極端板3から積層方向Xに突出する正極端子突起51を設け、その先端部51aを、貫通孔39cを介して弾性体固定板39よりも前側に突出させている。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a battery module B according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, an elastic
本実施形態では、正極端子突起51を、正極端板3の中央部に設けたボルト孔3cに螺合させることによって正極端板3に接触固定された端子ボルトによって形成し、その先端部51aである頭部を弾性体固定板39よりも前側に突出させて、電池モジュールBの正極端子として利用する。負極端板5にも、同様にして端子ボルトとして形成した負極端子突起53を螺合させている。
In the present embodiment, the positive
このように、弾性体固定板39の中央部に貫通孔39cを形成し、正極端板3に、積層方向Xに突出する端子突起51を設けることにより、弾性体38を介在させる積層方向Xのスペースを有効に利用することができ、端子を、正極端板3から縦方向Yや横方向Zに突設する場合に比べて電池モジュールBの小型化を図ることができる。
In this way, the through
また、図7に示す第3実施形態では、弾性体38の弾性性能を確保するために、弾性体38の材質や形状の設定に制約があり、十分な導電性を確保することが困難な場合がある。これに対して、図10の第4実施形態では、弾性体38とは独立に端子突起51を設けるので、端子突起51の材質や形状を、電池モジュールBの電気抵抗を低減するために自由に設定できる。
Further, in the third embodiment shown in FIG. 7, in order to ensure the elastic performance of the
特に、本実施形態のように、端子突起51を、正極端板3に螺合させた端子ボルトとして形成することにより、簡単な構造および容易な組立て作業によって、上記のような効果を得ることができる。
Particularly, by forming the
また、本実施形態では、正極端板3と電池積層体1との間に、板状の導電性部材である圧縮サポート板55を介在させている。圧縮サポート板55を正極端子板3および電池積層体1に接触させて配設することにより、弾性体38の弾性力が、単位電池Cに、積層方向Xに直交する面方向に分散して伝達される。したがって、単位電池Cに局所的な応力が付加されることによる機械的な故障が効果的に防止され、電池モジュールBの寿命が向上する。なお、圧縮サポート板55は省略してもよく、また、上記で説明したいずれの実施形態においても設けることができる。
In the present embodiment, a
次に、本発明に係る電池モジュールBの冷却構造について、代表として図10を参照しながら説明する。上述のように、図10に示す電池積層体1の単位電池C間には、導電性素材からなる、冷媒通路61を有する放熱部材である放熱板37が介在している。放熱板37は、電気抵抗の小さい素材で形成することが好ましい。より具体的には、本実施形態に係る放熱板37は、アルミニウム素材にニッケルめっきを施したものであり、隣接する単位電池Cの一方の正極端子板13と他方の負極端子板15との間に介在するように積層されている。放熱板37には、積層方向Xに直交する方向に延びる複数の貫通孔37aが設けられており、貫通孔37aの内方が、冷却用の空気を通すための複数の冷媒通路61として機能する。
Next, the cooling structure of the battery module B according to the present invention will be described with reference to FIG. 10 as a representative. As described above, between the unit cells C of the
また、本実施形態の放熱板37の、縦方向Yの寸法Dhを、単位電池Cの寸法よりも小さく設定しており、同様に、放熱板37の横方向Zの寸法(図示せず)も、単位電池Cの寸法よりも小さく設定している。つまり、導電性部材からなる放熱板37が、絶縁性の外周部19aを有する単位電池Cよりも電池積層体1の外方に突出しないように設定している。より詳細には、例えば、図10に示すように、放熱板37の平面方向寸法Dhを、単位電池Cの両端子板13,15の平面方向寸法Dtにほぼ合致させている。このように、放熱板37の寸法を、効率的に電池Cを冷却し、かつ電池C間の導通を確保するために必要最小限の大きさとすることにより、電池モジュールBの重量および体積の増大を抑制することができる。もっとも、放熱板37の寸法は、単位電池Cの構成や電池モジュールB全体の構成に応じて、適宜設定してよい。例えば、放熱板37の平面方向寸法Dhを、単位電池Cにほぼ合致させてもよく、この場合には、放熱板37の側面に、結束部材7を受け入れる結束用凹部(図示せず)を設けてもよい。
In addition, the dimension Dh in the vertical direction Y of the
本実施形態では、さらに、圧縮サポート板55に、積層方向Xに直交する方向に延びる複数の貫通孔55bを形成し、この貫通孔55bを冷媒通路61Aとして利用することにより、圧縮サポート板55が放熱部材としても機能するように構成しているが、圧縮サポート板55に貫通孔55bを設けずに、圧縮サポート板55と単位電池Cとの間にも放熱板37を介在させてもよい。
In the present embodiment, the
また、放熱板37は、隣接する単位電池Cの一方の正極端子板13と、他方の負極端子板15との間に介在するので、これら2つの単位電池Cを電気的に接続するべく、電気伝導性を有することが必要である。この点において、アルミニウムは電気抵抗が比較的低く、熱伝導率が比較的大きいので、放熱板37を形成する素材として好ましい特性を有している。しかしながら、アルミニウムは酸化しやすく、接触抵抗が増大しやすい。そこで、アルミニウム板に接触抵抗の小さいニッケルのめっきを施すことにより、接触抵抗の低減を図っている。
Further, since the
なお、放熱部材としては、図11に示した貫通孔37aを有する放熱板37に限らず、積層方向Xに直交する方向に延びる冷媒通路61を形成し、かつ、単位電池C間の導通を確保することができるものであれば、いかなる態様のものを使用してもよい。例えば、図12(a)の平面図に示す変形例のように、単位電池C間に、複数のレール状の放熱部材37Aを配設して、放熱部材37A間に形成される隙間を冷媒通路61として利用してもよい。あるいは、図12(b)の平面図に示す他の変形例のように、単位電池Cの両端子板13,15のうちの一方に、単位電池Cに一体的に形成された放熱部材として、複数の平行に延びる凸部37Bを設け、これら凸部37B間の隙間を冷媒通路61として利用してもよい。
The heat radiating member is not limited to the
電池モジュールBは、例えば、図13に示すような絶縁性素材からなるハウジング83を備えている。ハウジング83の上部83aおよび底部83bの内方には、冷却媒体となる空気Aを流通させるための流入路91および流出路93が形成されており、上部83aの前端壁および後端壁に、それぞれ、強制冷却のための排気ファン95が設置されている。各排気ファン95の排気圧力によって底部83bの前後の開口から流入路91に導入された空気Aは、上部83aの流出路93を通って前後の排気ファン95から外部に排出されるまでの途中で、図11の放熱板37の冷媒通路61に入り込み、放熱板37を介して単位電池Cを冷却する。このようにして、冷媒通路61が単位電池Cを冷却するための冷却媒体通路として機能する。
The battery module B includes, for example, a
なお、図13の排気ファン95の代わりに、底部83bの前端壁および後端壁に、外部からケーシング9内に空気を導入する吸気ファン(図示せず)を設けてもよい。また、本実施形態では、放熱板37を、各単位電池C間に1つの割合で介在させているが、放熱板37を介在させる位置や数は適宜変更してよい。さらに、冷媒としては、空気Aの他に、一般的に用いられているもの、例えば油を使用してもよい。
Instead of the
電池モジュールBにこのような冷却構造を設けることにより、単位電池Cのそれぞれを、簡単な構造によって効果的に冷却することができるので、電池性能、特に長期充放電サイクル性能が向上する。 By providing such a cooling structure in the battery module B, each of the unit batteries C can be effectively cooled by a simple structure, and thus battery performance, particularly long-term charge / discharge cycle performance is improved.
上記の各実施形態に係る電池モジュールBによれば、以下の効果が得られる。 According to battery module B concerning each above-mentioned embodiment, the following effects are acquired.
上記実施形態に係る電池モジュールBは、単位電池Cとして、対向配置された正極端子板13および負極端子板15を備える角形のものを使用しているので、複数の単位電池Cを一定方向Xに積層させるだけで直列に接続することができる。したがって、電池モジュールBの構造が簡単であり、その組立作業が容易になる。
The battery module B according to the above embodiment uses a rectangular battery unit having the positive
しかも、電池積層体1の積層方向Xの一端部および他端部にそれぞれ配置された正極端板3および負極端板5と、電池積層体1、正極端板3および負極端板5を帯状の結束部材7によって結束して単位電池C同士の接触を保持している。すなわち、電池積層体1の締付固定を、結束部材7のみによって行っている。
In addition, the positive
これにより、電池モジュールB全体を締め付ける厚肉の締付部材や、これを電池積層体に固定する多数の固定部材を用いることなく、電池モジュールBを軽量かつコンパクトに構成することができるので、電池モジュールBの重量エネルギー密度および体積エネルギー密度が向上する。 Accordingly, the battery module B can be configured to be lightweight and compact without using a thick-walled fastening member that fastens the entire battery module B and a large number of fixing members that fix the battery module B to the battery stack. The weight energy density and volume energy density of module B are improved.
なお、上記の各実施形態の説明において、弾性体38を、正極端板3側にのみ設けた例を示したが、弾性体38は、負極端板5側にのみ設けてもよく、あるいは、両端板3,5側にそれぞれ設けてもよい。
In the description of each of the above embodiments, the
また、電池積層体1の、弾性体38が設けられている側の端部に位置する単位電池Cと弾性体38との間に、圧縮サポート板55が配設されているので、弾性体38の弾性力が、単位電池Cに、積層方向Xに直交する面方向に分散して伝達される。したがって、単位電池Cに局所的な応力が付加されることによる機械的な故障が効果的に防止され、電池モジュールBの寿命が向上する。
Further, since the
なお、上記の各実施形態においては、結束部材7として絶縁性素材で形成した例を説明したが、結束部材7によって結束される単位電池Cや正負極端板3,5、弾性体38、弾性体固定板39などの部材のうち、結束部材7に接触する部材の接触する部分を絶縁性材料によって形成すれば、結束部材7を導電性部材で形成してもよい。また、結束部材7や弾性体38の数や位置は、上記で説明した例に限定されず、適宜設定してよい。
In each of the above embodiments, the example in which the binding
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but various additions, modifications, or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, such a thing is also included in the scope of the present invention.
1 電池積層体
3 正極端板
5 負極端板
7 結束部材
13 正極端子板
15 負極端子板
38 弾性体
39 弾性体固定板
B 電池モジュール
C 単位電池
X 積層方向(端子板の対向方向)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記電池積層体の積層方向の一端部および他端部にそれぞれ配置された正極端板および負極端板と、
前記電池積層体、前記正極端板および前記負極端板を結束する帯状の結束部材と、
を備える電池モジュール。 A battery stack in which a plurality of prismatic batteries each having a positive electrode terminal plate and a negative electrode terminal plate made of conductive plate materials arranged to face each other are stacked in the opposing direction of both terminal plates;
A positive electrode end plate and a negative electrode end plate respectively disposed at one end and the other end of the battery stack in the stacking direction;
A band-shaped binding member for binding the battery stack, the positive electrode end plate, and the negative electrode end plate;
A battery module comprising:
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