JP2011129509A - バッテリーモジュール及びバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池膨脹を安定して抑制することが可能なバッテリーモジュール及びバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法を提供する。
【解決手段】複数の電池が連結された電池ユニット１０と、電池ユニットの両端部に設置された一対のエンドプレート５０と、一対のエンドプレートに締結されて電池ユニットの膨脹を抑制するリストレーナ４０と、エンドプレートとリストレーナとを締結させる締結ユニットとを備え、締結ユニットは、リストレーナとエンドプレートとの締結位置を可変しつつ固定させる位置可変締結機構を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーモジュール及びバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法に関する。

バッテリーモジュールは、複数の電池を連結して作られる大容量電源供給ユニットの要素であって、例えば、電気自動車などに装着されて動力源として使われている。

バッテリーモジュールの電池としては、リチウムイオン電池が主に使われるが、リチウムイオン電池は、充電と放電とを繰り返しても性能があまり低下しないという長所がある。一方、リチウムイオン電池は、充電時にリチウムイオンが移動しつつ陰極側が膨脹するという短所も持っている。

バッテリーモジュールは、複数のリチウムイオン電池を連結したものであるので、電池ごとに少しずつだけ膨脹しても、全体として約５〜１０％まで膨脹が生じうる。すると、バッテリーモジュールの変形が激しくなって、バッテリーモジュールを正しい位置に装着及び脱着する際に問題が生じ、また電池の電気抵抗も増大する。

更に、電気自動車への使用時には、バッテリーモジュールを８個ほど積層してバッテリーパックを作って、電気自動車に装着する。そのため、各バッテリーモジュールに変形が加わると、変形量がさらに大きくなって問題がさらに深刻になる。したがって、バッテリーモジュールには、これらの二次電池の膨脹を抑制するためのリストレーナが設置される。リストレーナは、適正な引張力で固定されて初めて電池の膨脹を安定して耐えることができる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、電池膨脹を安定して抑制することが可能な、新規かつ改良されたバッテリーモジュール及びバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の電池が連結された電池ユニットと、電池ユニットの両端部に設置された一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートに締結されて電池ユニットの膨脹を抑制するリストレーナと、エンドプレートとリストレーナとを締結させる締結ユニットとを備え、締結ユニットは、リストレーナとエンドプレートとの締結位置を可変しつつ固定させる位置可変締結機構を備える、バッテリーモジュールが提供される。

上記締結ユニットは、リストレーナとエンドプレートとを所定の締結位置に固定させる位置固定締結機構をさらに備え、一対のエンドプレートのうちいずれか一つとリストレーナとは、位置可変締結機構により締結され、他の一つのエンドプレートとリストレーナとは、位置固定締結機構で締結されてもよい。

上記位置固定締結機構は、リストレーナとエンドプレートとを貫通するボルトと、ボルトに締結されるナットとを備えてもよい。

上記位置可変締結機構は、エンドプレートとリストレーナとがくさび状に結合されるくさび結合部を備えてもよい。

上記くさび結合部は、エンドプレートに形成されたくさび溝と、リストレーナの一部をくさび溝に係合させるように押して変形させるくさびバーとを備えてもよい。

上記くさび結合部は、くさびバー、リストレーナに形成された長孔及びエンドプレートを貫通するボルトと、ボルトの端部に締結されるナットとをさらに備えてもよい。

上記くさび結合部は、エンドプレート及びリストレーナの一部を、くさび溝が形成されるように共に押して変形させるくさびバーを備えてもよい。

上記くさび結合部は、くさびバー、リストレーナに形成された長孔及びエンドプレートを貫通するボルトと、ボルトの端部に締結されるナットとをさらに備えてもよい。

上記位置可変締結機構は、リストレーナを貫通し、内壁には凹凸面が設けられた凹凸ホールと、凹凸面の一部領域に係合されつつ、リストレーナとエンドプレートとを貫通して結合される凹凸ピンとを備えてもよい。

上記リストレーナは、エンドプレートに比べて高さが同じか、または小さくてもよい。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、電池ユニットの両端に設置された一対のエンドプレートにリストレーナを固定させるバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法において、リストレーナの一端部を、一対のエンドプレートのうちいずれか一つに締結して固定させる一端部固定ステップと、リストレーナの他端部を、一対のエンドプレートのうち他の一つのエンドプレート側に引き寄せる引張力付加ステップと、リストレーナの他端部を、他の一つのエンドプレートに締結して引張力付加状態に固定させる他端部固定ステップとを含むバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法が提供される。

上記一端部固定ステップは、リストレーナとエンドプレートとをボルトで貫通させるステップと、ボルトの端部にナットを締結するステップとを含んでもよい。

上記他端部固定ステップは、くさび状に形成されたくさびバーを利用して、リストレーナの一部をエンドプレートに形成されたくさび溝内へ押して、くさび溝中にリストレーナの一部が挟み込まれて結合されるようにするステップを含んでもよい。

上記他端部固定ステップは、くさびバー、リストレーナに形成された長孔及びエンドプレートをボルトで貫通するステップと、ボルトの端部にナットを締結するステップとをさらに含んでもよい。

上記他端部固定ステップは、くさび状に形成されたくさびバーを利用して、リストレーナとエンドプレートとを、くさび溝が形成されるように共に押して結合させるステップを含んでもよい。

上記他端部固定ステップは、くさびバー、リストレーナに形成された長孔及びエンドプレートをボルトで貫通するステップと、ボルトの端部にナットを締結するステップとをさらに含んでもよい。

上記他端部固定ステップは、リストレーナに凹凸面が設けられた凹凸ホールを形成するステップと、凹凸面の形状と型合する凹凸ピンを凹凸ホールに挿入して、その凹凸ピンが凹凸面の一部領域に型合されつつ、リストレーナとエンドプレートとを貫通して結合されるようにするステップとを含んでもよい。

以上説明したように本発明によれば、リストレーナが電池膨脹に対抗する方向に強力な復原力を維持しつつ固定されるので、電池膨脹による変形を安定して抑制できる。

本発明の一実施形態に係るバッテリーモジュールを示す斜視図である。 図１のＡ部位を示す斜視図である。 図１のＢ部位を示す斜視図である。 図１のＢ部位を示す平面図である。 図３Ａ及び図３Ｂに図示された位置可変締結機構の変形例を示す斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂに図示された締結ユニットの変形例を示す斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂに図示された締結ユニットの変形例を示す斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂに図示された締結ユニットの変形例を示す斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂに図示された締結ユニットの変形例を示す正面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構造を図示したものである。図示されたように、本実施形態のバッテリーモジュールは、一列に連結された複数の電池１を含む電池ユニット１０と、電池ユニット１０を取り囲む複数のプレートを備えている。

上部プレート２０及び下部プレート３０は、それぞれ電池ユニット１０の上部及び下部に密着結合される。一対のエンドプレート５０は、電池ユニット１０の両端部に設置される。リストレーナ４０は、エンドプレート５０に締結される。リストレーナ４０は、エンドプレート５０を固定して、電池ユニット１０の膨脹に対抗する。すなわち、電池ユニット１０が膨脹すれば、一対のエンドプレート５０を外側に押し出そうとする力が作用するが、一対のエンドプレート５０が押し出されないようにリストレーナ４０がエンドプレート５０を固定しているため、電池ユニット１０の変形が抑制される。

一方、本実施形態のバッテリーモジュールでは、このような電池ユニット１０の膨脹変形をさらに安定して抑制するために、リストレーナ４０とエンドプレート５０とを締結させる締結ユニットを、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示したような構造に構成している。

まず、図２は、締結ユニットのうち図１のＡ部位、すなわち、リストレーナ４０の一端部側の結合構造を図示したものであって、この部分は、エンドプレート５０とリストレーナ４０とが所定の位置にボルト１１１及びナット１１２で固定される位置固定締結機構で構成されている。すなわち、リストレーナ４０とエンドプレート５０とに形成されたホール４１、５１を通じてボルト１１１を嵌め込み、そのボルト１１１の端部にナット１１２を締結して固定させる。既定の位置のホール４１、５１を通じて、ボルト１１１とナット１１２とで二つの部材４０、５０を結合させるため、この固定位置は、以下で説明される位置可変締結機構で引張力を加える時の基準位置となる。

次いで、図３Ａ及び図３Ｂは、締結ユニットのうち図１のＢ部位、すなわち、リストレーナ４０の他端部側の結合構造を図示したものであって、この部分は、上記の位置可変締結機構として結合される。すなわち、上記の位置固定締結機構のように、二つの部材４０、５０を既定の位置に固定させるものではなく、リストレーナ４０を矢印Ｔ方向に引き寄せて引張力を強く与えた後、その引張力が維持された位置で、二つの部材４０、５０を互いに固定させる。この機構のために、エンドプレート５０には、くさび状のくさび溝５２が形成されており、リストレーナ４０をくさび溝５２に押して挟み込まれるように変形させるくさびバー１２０が用いられる。

リストレーナ４０を所定ジグ（図示せず）で引き寄せて（矢印Ｔ方向に）引張力を強く与えた後、その状態で、くさびバー１２０でリストレーナ４０をくさび溝５２内へ押して変形させれば、図３Ｂのようなくさび結合部が形成される。そして、この状態でも三つの部材４０、５０、１２０がくさび溝５２中に噛み合っているため、容易に結合が解けることはないが、さらに安全な結合のためにボルト１２１とナット１２２とを締結する。リストレーナ４０には、引張方向に長い長孔４２が形成されているが、これは、上記のようにリストレーナ４０を引き寄せて固定させるため、結合位置が可変的であるので、ボルト１２１をはめ込める孔の範囲を少し広げるためである。

このような締結ユニットのリストレーナ４０の固定過程を整理すれば、次の通りである。

まず、位置固定締結機構を利用して、リストレーナ４０の一端部を一対のエンドプレート５０のうち一つと結合させる。すなわち、図２のように、ボルト１１１とナット１１２とを利用してリストレーナ４０の一端部を先ず堅く固定させる。

次いで、所定ジグ（図示せず）を利用してリストレーナ４０の他端部を他の一つのエンドプレート５０側（矢印Ｔ方向）に引き寄せて、弾性範囲内で引っ張らせる。

この状態で、くさびバー１２０でリストレーナ４０の他端部を押して、エンドプレート５０のくさび溝５２内へ押込む。すると、図３Ｂのようなくさび結合部が形成され、ボルト１２１とナット１２２とを締結して安全な結合を完了する。

このような状態になれば、強く引っ張らせたリストレーナ４０に弾性復原力が作用するため、電池膨脹に対してさらに強力に対抗し、結果的に電池膨脹を非常に安定して抑制できる構造が具現される。

ここで、リストレーナ４０の高さとエンドプレート５０の高さとが同じ場合を例示したが、図４のように、リストレーナ４０ａの高さをエンドプレート５０の高さより小さく構成することもある。

また、上記では、エンドプレート５０にあらかじめくさび溝５２を作っておき、リストレーナ４０を押して、くさび溝５２内へリストレーナ４０を凹ます構造を例示したが、もし、エンドプレート５０もリストレーナ４０と類似して薄い薄板であれば、敢えて先ずくさび溝５２を作らず、くさびバー１２０で二つの部材４０、５０を同時に押して、リストレーナ４０とエンドプレート５０を変形させることもある。すなわち、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、平らなエンドプレート５０とリストレーナ４０とを当接させてくさびバー１２０で押して、二つの部材４０、５０にくさび溝が共に生じるようにすることもある。もちろん、これは、上記のようにエンドプレート５０も容易に塑性加工できる薄板の場合である。そして、次いでボルト１２１とナット１２２とで締結することは同じである。

次いで、図６Ａ及び図６Ｂは、締結ユニットの位置可変締結機構の変形例として、さらに他の実施形態を示したものである。

ここでは、上述したくさび結合部の代りに、凹凸ホール４３と凹凸ピン１３０との結合を利用する。すなわち、リストレーナ４０には歯車状の凹凸面４３ａを持つ凹凸ホール４３が形成されており、その凹凸面４３ａに係合されつつ、エンドプレート５０まで貫通して挟み込まれる凹凸面を有する凹凸ピン１３０が備えられている。凹凸ピン１３０の幅Ｗ１は凹凸ホール４３の幅Ｗ２より狭くて、凹凸ホール４３と凹凸ピン１３０の結合位置を調整することができる。

したがって、リストレーナ４０の他端部を引き寄せた状態で凹凸ピン１３０を凹凸ホール４３に挟み込めば、凹凸ピン１３０の凹凸面が凹凸面４３ａと係合されて、リストレーナ４０の位置が固定されると同時に、エンドプレート５０まで凹凸ピン１３０が貫通して、二つの部材４０、５０が結合される。したがって、同様にリストレーナ４０の弾性復原力により電池膨脹を堅く抑制できる。

したがって、以上で説明したような構造のバッテリーモジュールは、リストレーナが電池膨脹に対抗する方向に強力な復原力を維持しつつ固定されるので、電池膨脹による変形を安定して抑制できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、バッテリーモジュール関連の技術分野に好適に用いられる。

１０ 電池ユニット
２０ 上部プレート
３０ 下部プレート
４０ リストレーナ
５０ エンドプレート

Claims (17)

1. 複数の電池が連結された電池ユニットと、
   前記電池ユニットの両端部に設置された一対のエンドプレートと、
   前記一対のエンドプレートに締結されて前記電池ユニットの膨脹を抑制するリストレーナと、
   前記エンドプレートと前記リストレーナとを締結させる締結ユニットと
   を備え、
   前記締結ユニットは、前記リストレーナと前記エンドプレートとの締結位置を可変しつつ固定させる位置可変締結機構を備える、バッテリーモジュール。
2. 前記締結ユニットは、前記リストレーナと前記エンドプレートとを所定の締結位置に固定させる位置固定締結機構をさらに備え、
   前記一対のエンドプレートのうちいずれか一つと前記リストレーナとは、前記位置可変締結機構により締結され、他の一つのエンドプレートと前記リストレーナとは、前記位置固定締結機構で締結される、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記位置固定締結機構は、
   前記リストレーナと前記エンドプレートとを貫通するボルトと、
   前記ボルトに締結されるナットと
   を備える、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記位置可変締結機構は、前記エンドプレートと前記リストレーナとがくさび状に結合されるくさび結合部を備える、請求項２又は３に記載のバッテリーモジュール。
5. 前記くさび結合部は、
   前記エンドプレートに形成されたくさび溝と、
   前記リストレーナの一部を前記くさび溝に係合させるように押して変形させるくさびバーと
   を備える、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
6. 前記くさび結合部は、
   前記くさびバー、前記リストレーナに形成された長孔及び前記エンドプレートを貫通するボルトと、
   前記ボルトの端部に締結されるナットと
   をさらに備える、請求項５に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記くさび結合部は、前記エンドプレート及び前記リストレーナの一部を、くさび溝が形成されるように共に押して変形させるくさびバーを備える、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記くさび結合部は、前記くさびバー、前記リストレーナに形成された長孔及び前記エンドプレートを貫通するボルトと、
   前記ボルトの端部に締結されるナットと
   をさらに備える、請求項７に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記位置可変締結機構は、
   前記リストレーナを貫通し、内壁には凹凸面が設けられた凹凸ホールと、
   前記凹凸面の一部領域に係合されつつ、前記リストレーナと前記エンドプレートとを貫通して結合される凹凸ピンと
   を備える、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
10. 前記リストレーナは、前記エンドプレートに比べて高さが同じか、または小さい、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバッテリーモジュール。
11. 電池ユニットの両端に設置された一対のエンドプレートにリストレーナを固定させるバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法において、
    前記リストレーナの一端部を、前記一対のエンドプレートのうちいずれか一つに締結して固定させる一端部固定ステップと、
    前記リストレーナの他端部を、前記一対のエンドプレートのうち他の一つのエンドプレート側に引き寄せる引張力付加ステップと、
    前記リストレーナの他端部を、前記他の一つのエンドプレートに締結して引張力付加状態に固定させる他端部固定ステップと
    を含む、バッテリーモジュールのリストレーナ固定方法。
12. 前記一端部固定ステップは、
    前記リストレーナと前記エンドプレートとをボルトで貫通させるステップと、
    前記ボルトの端部にナットを締結するステップと
    を含む、請求項１１に記載のバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法。
13. 前記他端部固定ステップは、くさび状に形成されたくさびバーを利用して、前記リストレーナの一部を前記エンドプレートに形成されたくさび溝内へ押して、前記くさび溝中に前記リストレーナの一部が挟み込まれて結合されるようにするステップを含む、請求項１１または１２に記載のバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法。
14. 前記他端部固定ステップは、前記くさびバー、前記リストレーナに形成された長孔及び前記エンドプレートをボルトで貫通するステップと、
    前記ボルトの端部にナットを締結するステップと
    をさらに含む、請求項１３に記載のバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法。
15. 前記他端部固定ステップは、くさび状に形成されたくさびバーを利用して、前記リストレーナと前記エンドプレートとを、くさび溝が形成されるように共に押して結合させるステップを含む、請求項１１に記載のバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法。
16. 前記他端部固定ステップは、前記くさびバー、前記リストレーナに形成された長孔及び前記エンドプレートをボルトで貫通するステップと、
    前記ボルトの端部にナットを締結するステップと
    をさらに含む、請求項１５に記載のバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法。
17. 前記他端部固定ステップは、
    前記リストレーナに凹凸面が設けられた凹凸ホールを形成するステップと、
    前記凹凸面の形状と型合する凹凸ピンを前記凹凸ホールに挿入して、その凹凸ピンが前記凹凸面の一部領域に型合されつつ、前記リストレーナと前記エンドプレートとを貫通して結合されるようにするステップと、
    を含む、請求項１１に記載のバッテリーモジュールのリストレーナ固定方法。
    

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