JP2015076188A - Battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池を、この扁平型電池の厚み方向に複数枚積層して構成した電池積層体と、この電池積層体を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造とを備えた電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a battery stack formed by laminating a plurality of flat batteries formed by sealing a power generation element inside a sheet-shaped outer package in the thickness direction of the flat battery, and the thickness of the battery stack. The present invention relates to a battery module including a restraining structure that restrains by pressing in a direction.
従来、特許文献1に記載の電池パックが知られている。この電池パックは、単位電池を成す二次電池が積層された電池積層体を収納してなる電池モジュールを複数設置して構成されている。特許文献1では、上記電池パックにおいて、電池モジュールを構成する各単位電池を適切に加圧することができ、かつ、電池モジュール内において、各単位電池の膨れが生じた場合に、この膨れによる応力を良好に吸収可能な電池パックの構成を提供している。
Conventionally, a battery pack described in
このために、特許文献1の電池パックは、複数の単位電池が積層されてなる電池積層体と、電池積層体を収納する収納ケースとを備える複数の電池モジュールを複数設置している。そして、電池モジュールを構成する収納ケースが、収納ケースの外周に沿って形成された凸部を有している。この凸部は電池積層体の中央部を押圧する位置に存在する。電池積層体の中央には凸部に対向する凸部が形成されるように膨出部(凹部と記載されている)が設けられている。これにより、収納ケースの上部と下部にボルトを設けて電池積層体を締め付けたときに、上記凸部と上記膨出部によって電池積層体の中央部が押圧される。
For this reason, the battery pack of
上記特許文献1の技術によると、単位電池を成す扁平型電池膨張時に扁平型電池の中央部は押圧されるが、扁平型電池の端部は押圧されない。この結果、扁平型電池の拘束面には、押圧されている部分と、押圧されていない部分とがあり、好ましくない拘束面の面圧分布が発生し、局所的な電流集中による金属リチウムの析出等の劣化が発生するという問題がある。
According to the technique disclosed in
また、好ましくない拘束面の面圧分布により、充放電時に各扁平型電池内部にガスが発生し、このガスが発電要素の電極板間に滞留すると電池の性能が低下する。更に、特許文献1の電池パックのエンドプレートは、変形しないように厚くする必要があるが、このことで重量が大きくなる。
Moreover, due to an unfavorable surface pressure distribution on the constraining surface, a gas is generated inside each flat battery during charging and discharging, and if this gas stays between the electrode plates of the power generation element, the performance of the battery decreases. Furthermore, the end plate of the battery pack of
本発明は、上記問題点に鑑み、拘束構造において、好ましくない拘束面の面圧分布を抑制し、電池性能の低下を防止できる電池モジュールを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a battery module that can suppress an undesirable surface pressure distribution of a constraining surface in a constraining structure and prevent deterioration in battery performance.
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。 Descriptions of patent documents listed as prior art can be introduced or incorporated by reference as explanations of technical elements described in this specification.
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、本発明の一つでは、電池モジュールは、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池(3)を、この扁平型電池(3)の厚み方向に複数枚積層して電池積層体(4)を構成している。また、電池モジュールは、電池積層体(4)を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造を備えている。そして、上記拘束構造は、電池積層体(4)を厚み方向に押圧する押圧プレート(2)と、押圧プレート(2)に第1溶接部(W11、W12)にて溶接された変形プレート(6)と、エンドプレート(5)とを備えている。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. That is, according to one aspect of the present invention, a battery module includes a plurality of flat batteries (3) in which a power generation element is sealed inside a sheet-shaped outer package in the thickness direction of the flat battery (3). Thus, the battery stack (4) is configured. Moreover, the battery module is provided with the restraint structure which presses and restrains a battery laminated body (4) in the thickness direction. The restraint structure includes a pressing plate (2) that presses the battery stack (4) in the thickness direction, and a deformation plate (6) welded to the pressing plate (2) by the first welded portion (W11, W12). ) And an end plate (5).
エンドプレート(5)は、変形プレート(6)に第2溶接部(W21、W22)にて溶接され、変形プレート(6)を変形させて押圧プレート(2)を電池積層体(4)に押し付ける。また、変形プレート(6)と電池積層体(4)との間に押圧プレート(2)が設けられ、第1溶接部(W11、W12)は、第2溶接部(W21、W22)よりも押圧プレート(2)の外周縁側に位置している。 The end plate (5) is welded to the deformation plate (6) by the second welded portion (W21, W22), deforms the deformation plate (6), and presses the pressing plate (2) against the battery stack (4). . Further, a pressing plate (2) is provided between the deformation plate (6) and the battery stack (4), and the first welded portion (W11, W12) is pressed more than the second welded portion (W21, W22). It is located on the outer peripheral edge side of the plate (2).
この発明によれば、電池積層体を構成する扁平型電池の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池内部におけるガスの発生を抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。 According to this invention, the entire surface to be restrained of the flat battery constituting the battery stack can be pressed, and unevenness of the surface pressure distribution during pressing can be suppressed. Therefore, when the flat battery is swollen, the stress due to the swollenness can be absorbed better. Since unevenness of the surface pressure distribution can be suppressed, generation of gas in each flat battery during charging / discharging can be suppressed, and deterioration in battery performance due to the gas staying between the electrode plates of the power generation element can be suppressed.
次に、本発明の一つでは、エンドプレート(5)の外周縁側が厚み方向に押圧された場合に、第2溶接部(W21、W22)に隣接する変形プレート(6)の部分と押圧プレート(2)との間に隙間(G1)が形成される。 Next, in one aspect of the present invention, when the outer peripheral edge side of the end plate (5) is pressed in the thickness direction, the portion of the deformation plate (6) adjacent to the second welded portion (W21, W22) and the pressing plate A gap (G1) is formed between (2) and (2).
この発明によれば、押圧プレートと第2溶接部に隣接する変形プレートとの間に押圧前よりも拡大された隙間が形成されることにより、押圧プレートの外周縁側に位置した第1溶接部に押圧力より強く印加されるようになり、面圧分布のムラが抑制される。 According to this invention, the gap which is larger than that before pressing is formed between the pressing plate and the deformation plate adjacent to the second welding portion, so that the first welding portion located on the outer peripheral edge side of the pressing plate is formed. The pressure applied is stronger than the pressing force, and unevenness of the surface pressure distribution is suppressed.
次に、本発明の一つでは、変形プレート(6)は、エンドプレート(5)及び押圧プレート(2)よりも変形し易い。 Next, in one of the present invention, the deformation plate (6) is more easily deformed than the end plate (5) and the pressing plate (2).
この発明によれば、変形プレートは、エンドプレート及び押圧プレートよりも電池積層体方向に押圧されたときに容易に変形する。従って、押圧プレートの外周縁側に位置した第1溶接部に押圧力がより強く印加され易く、面圧分布のムラが抑制される。 According to this invention, the deformation plate is easily deformed when pressed in the direction of the battery stack rather than the end plate and the pressing plate. Therefore, the pressing force is more easily applied to the first welded portion located on the outer peripheral edge side of the pressing plate, and unevenness of the surface pressure distribution is suppressed.
次に、本発明の一つでは、エンドプレート(5)は、電池積層体(4)の両側に一対設けられ、夫々のエンドプレート(5)は、両端部に脚部(51、52)と脚部(51、52)に夫々取り付けられたボルト(11、12)とを有していている。 Next, in one of the present invention, a pair of end plates (5) are provided on both sides of the battery stack (4), and each end plate (5) has leg portions (51, 52) at both ends. And bolts (11, 12) respectively attached to the leg portions (51, 52).
そして、電池積層体(4)を一対のエンドプレート(5)の間に設置して、相対向するエンドプレート(5)がボルト(11、12)の締め付けにより互いに接近して押圧プレート(2)が電池積層体(4)に押し付けられる。 Then, the battery stack (4) is placed between the pair of end plates (5), and the opposing end plates (5) come close to each other by tightening the bolts (11, 12), and the pressing plate (2) Is pressed against the battery stack (4).
この発明によれば、拘束荷重が適度な大きさになるように管理するに際して、エンドプレートの両端に脚部を設け、相対向するエンドプレートの脚部をボルトの締め付けにより互いに接近させて押圧力を発生させるので拘束荷重の管理が容易である。 According to the present invention, when the restraint load is managed so as to have an appropriate size, the leg portions are provided at both ends of the end plate, and the leg portions of the opposite end plates are brought close to each other by tightening the bolts, and the pressing force is applied. It is easy to manage the restraint load.
なお、特許請求の範囲及び上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。 In addition, the code | symbol in parentheses as described in a claim and said each means thru | or description is an example which shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later easily, and limits the content of invention is not.
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。 A plurality of modes for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each embodiment, parts corresponding to the matters described in the preceding embodiment may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. In the case where a part of the configuration is described in each form, the other forms described above can be applied to the other parts of the configuration.
各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。 Not only combinations of parts that clearly indicate that the combination is possible in each embodiment, but also the embodiments are partially combined even if they are not clearly specified unless there is a problem with the combination. It is also possible.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。先ず、本発明の第1実施形態の原理について図1〜図5を用いて説明し、その後で、第1実施形態の具体的構造について説明する。図1は、本発明の第1実施形態の原理を示す電池モジュール1の半分を示す。図2は図1の矢印II−II線に沿う断面を示す。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described below. First, the principle of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5, and then the specific structure of the first embodiment will be described. FIG. 1 shows a half of a
また、図3は押圧プレート2に加圧力を発生された場合の第1実施形態の原理を示し、電池モジュール1の半分を示している。図4は図3の矢印IV−IV線に沿う断面を示している。なお、図1〜図4は、断面図であるが断面を示すハッチングは省略して概要的に図示している。
FIG. 3 shows the principle of the first embodiment when a pressing force is generated on the
発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池3を、この扁平型電池3の厚み方向に複数枚積層して電池積層体4が形成されている。この電池積層体4は、電池モジュール1の中に複数設けられている。この電池積層体4は、適切に加圧されることが必要であり、扁平型電池3の膨れが生じた場合に、この膨れによる応力を良好に吸収可能な構成と成っている。
A
このために、図1に示した電池積層体4を一対用意し、外側の一対のエンドプレート5の両端同士を、図示しないボルトで矢印Y11、Y12(図3)のように締め付けて、積層された扁平型電池3を押圧し、扁平型電池3の膨張を拘束する。
For this purpose, a pair of
この場合に、扁平型電池3の膨張時に扁平型電池3の中央部は押圧されるが、扁平型電池3の端部は充分に押圧されないという問題が生じないようにする必要がある。かつ、この場合、エンドプレート5は、極端に変形しないように厚くする必要があるが、このことで重量が過大にならないようにする必要がある。
In this case, the central part of the
このような要求を満たすために、電池積層体4を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造は、以下の構成を備える。この拘束構造は、電池積層体4に隣接して電池積層体4を厚み方向に押圧する押圧プレート2を有する。この押圧プレート2に第1溶接部W11、W12にて溶接された変形プレート6を有する。更に、拘束構造は、変形プレート6に第2溶接部W21、W22にて溶接されたエンドプレート5を有する。このエンドプレート5は、変形プレート6を変形させて押圧プレート2と、樹脂材から成る応力緩和材7とを介して電池積層体4に押圧力を印加する。
In order to satisfy such a requirement, the restraint structure that restrains the
第1溶接部W11、W12は、第2溶接部W21、W22よりも押圧プレート2の外周縁側に位置している。これにより、エンドプレート5の外周を厚み方向に図3の矢印Y11、Y12のように押圧した場合に、第2溶接部W21、W22と変形プレート6と第1溶接部W11、W12とを介して、押圧プレート2を電池積層体4の方向に押圧する。この押圧がなされたときに、第2溶接部W21、W22に隣接する変形プレート6の部分と押圧プレート2との間に隙間G1(図3)が形成される。
The first welds W11 and W12 are located closer to the outer peripheral edge of the
更に詳しく説明する。第1実施形態に係る電池モジュール1の集合から成る電池パックは、複数個の扁平型電池3から成る単電池を搭載する各種の電気機器に適用することができる。各種電気機器は、蓄電池を有する装置、コンピュータ、車両等である。第1実施形態の電池パックは、内燃機関と電池駆動モータとを組み合わせて走行駆動源とするハイブリッド自動車、モータを走行駆動源とする電気自動車等の走行用電源に用いられる。
This will be described in more detail. The battery pack composed of the assembly of the
単電池を成す扁平型電池3は、例えばニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池である。電池パックは、筐体内に収納された状態で自動車の座席下、後部座席とトランクルームとの間の空間、及び運転席と助手席の間の空間等に設置されうる。
The
扁平型電池3は、外装ケースが薄い平板状の形態をなし、外装ケースは、ラミネートシートで形成されている。ラミネートシートは、絶縁性の高い素材で構成されている。扁平型電池3は、例えば、二つ折りにされたラミネートシートの端部同士を熱融着することにより、この端部同士を封止して密閉された内部空間を有する。この内部空間には、電極積層体、電解質、端子接続部、正極端子部の一部、及び負極端子部の一部が内蔵されている。
The
正極端子部及び負極端子部の夫々の残部は、扁平型電池3の外装ケースから外部に突出している。外装ケースから露出する端子であって、隣り合う扁平型電池3における異極の端子間は、バスバー等の導電部材によって電気的に接続される。
The remaining portions of the positive electrode terminal portion and the negative electrode terminal portion protrude from the outer case of the
バスバーと電極端子部との接続は、例えばネジ締めや、超音波溶接により行われる。従って、バスバー等によって電気的に接続された各電池モジュール1の両端に設置されたモジュール総端子部は、電力が供給されたり、他の電気機器へ向けて放電されたりするために使用される。
The connection between the bus bar and the electrode terminal portion is performed by, for example, screw tightening or ultrasonic welding. Therefore, the module total terminal portions installed at both ends of each
押圧力を印加しない図1の状態では、エンドプレート5と変形プレート6の間に大きな隙間が生じない。エンドプレート5と押圧プレート2との間には、変形プレート6の肉厚に相当する隙間が生じている。
In the state of FIG. 1 in which no pressing force is applied, no large gap is generated between the
図3のように、エンドプレート5の両端部における脚部51、52を図示しないボルトの締め付けにより接近させて押圧力を発生させる。この押圧力を発生させたときに、内側の溶接箇所である第2溶接部W21、W22付近には、変形プレート6と押圧プレート2の間に隙間G1が形成される。隙間G1は内側隙間とも言う。一方、外側の溶接箇所である第1溶接部W11、W12には、エンドプレート5と変形プレート6の間に外側隙間が形成される。
As shown in FIG. 3, the
これによって、電池積層体4を構成する扁平型電池3の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池3に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池3の内部にガスが発生するのを抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。更に、エンドプレート5の重量軽減が可能となる。
Thereby, the whole surface to be restrained of the
なお、扁平型電池3の内部には、複数の並列接続された発電要素がある。この各発電要素が、発電要素用電極を持ち、面圧分布のムラにより発電要素用電極相互間の接続距離が変化する。よって並列接続された電流路の抵抗が接続距離により変化し、局所的な電流集中が発生する。この第1実施形態では、面圧分布のムラが抑制できるため、局所的な電流集中の発生が抑制でき、電池効率の向上や局部的な発熱の抑制が可能となる。
The
図5は、拘束荷重と扁平型電池内部の内部抵抗との関係をグラフにしている。拘束荷重は大きすぎても小さすぎてもいけない。拘束荷重が小さすぎると、局部的な電流集中により電池モジュールの内部抵抗が増加する。この状態から拘束荷重を増加させていくと、内部抵抗が急激に低下し、再び緩やかに上昇する。従って、拘束荷重が適度な大きさになるように押圧力が管理される。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the restraining load and the internal resistance inside the flat battery. The restraining load must not be too large or too small. If the restraining load is too small, the internal resistance of the battery module increases due to local current concentration. When the restraint load is increased from this state, the internal resistance rapidly decreases and gradually increases again. Therefore, the pressing force is managed so that the restraining load becomes an appropriate size.
更に詳しく説明すれば、図5において、拘束荷重が低荷重域R1では、扁平型電池3の内部の電極間距離が遠くなるので抵抗値が大きい。かつ、扁平型電池3の内部で発生したガスが上記電極間にたまるので、反応に寄与しない部分が発生する。一方、高荷重域(過拘束域)R2では、上記電極間から電解液が染み出し、Liイオン量が低下するため、内部抵抗の抵抗値が増加する。
More specifically, in FIG. 5, in the low load region R <b> 1, the resistance value is large because the distance between the electrodes inside the
これらに比べ、適正荷重域R3では、上記電極間距離が適正である。また、電解液の染み出しによるLiイオン不足が無い。更に、発生したガスに基づく、反応に寄与しない部分の発生が無い。これにより、抵抗値が最小となる。そして、面圧分布にムラがあると、局所的に上記のような現象が発生する可能性があるので、理想的には、拘束面全体を均一に適正荷重で押圧することが電池性能を出す上では必要である。 Compared to these, in the appropriate load region R3, the distance between the electrodes is appropriate. Moreover, there is no shortage of Li ions due to leakage of the electrolyte. Furthermore, there is no occurrence of a portion based on the generated gas that does not contribute to the reaction. Thereby, the resistance value is minimized. If the surface pressure distribution is uneven, the above phenomenon may occur locally. Ideally, pressing the entire constraining surface uniformly with an appropriate load provides battery performance. Above it is necessary.
次に、本発明の電池モジュールの具体的な構成について図6〜図11を用いて説明する。図6は、本発明の電池モジュール1の第1実施形態を示している。外側の一対のエンドプレート5は、左右両端にL字形の脚部51、52を夫々有している。
Next, a specific configuration of the battery module of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a first embodiment of the
相対向する一対のエンドプレート5の脚部51、52同士をボルト11、12で締め付けることにより、相対向する一対のエンドプレート5の間の積層された扁平型電池3を押圧し、扁平型電池3の膨張を拘束している。
By fastening the
エンドプレート5は、モジュールケースとも呼ばれ、一対のエンドプレート5に挟まれて、複数の扁平型電池3を含む電池積層体4がエンドプレート5からの押圧力を受ける。電池積層体4は、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる複数の積層された扁平型電池3から構成されている。二つのエンドプレート5がボルト11、12で結合されて構成されたモジュールケース13の上面にはカバー14が被せられ、サーミスタ15がカバー14に設けられた開口部16から外部に露出している。
The
モジュールケース13の右側面には、複数の扁平型電池3を直列に接続した電池積層体4のマイナス端子であるモジュール総マイナス端子17が設けられている。また、モジュール総マイナス端子17の横側には、電池積層体4のプラス端子であるモジュール総プラス端子18が設けられている。
On the right side of the
図7は、図6の矢印VII方向から見た電池モジュールの内部構成を示し、二つのエンドプレート5の間に押圧力が作用していない状態を概要的に示している。二つの相対向するエンドプレート5の間に、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる複数の扁平型電池3が設置されている。扁平型電池3の相互間には、金属製の放熱板を成す熱伝導プレート8が複数保持されている。
FIG. 7 shows the internal configuration of the battery module as seen from the direction of arrow VII in FIG. 6, and schematically shows a state where no pressing force acts between the two
扁平型電池3は、この扁平型電池3の厚み方向に複数枚積層して電池積層体4が構成されている。電池積層体4は、電池直列体を構成し、マイナス端子であるモジュール総マイナス電極部17dとモジュール総プラス電極部18dが設けられている。モジュール総マイナス電極部17dとモジュール総プラス電極部18dとは、図6のモジュール総マイナス端子17と、モジュール総プラス端子18とに夫々接続され、電池モジュール1の外表面に露出する。
A
電池モジュール1は、扁平型電池3と熱伝導プレート8とを交互に所定個数積層した集合体を、積層方向の両端部から緩衝部材となる応力緩和材7を介して拘束部材で挟み、内側に向かう拘束力を作用させて一体にしたものである。
In the
熱伝導プレート8は、扁平型電池3から成る単電池の外装ケースに密着して、熱伝導率が大きくないラミネートシートの熱伝導性を助ける部材であり、高い熱伝導率を有する。熱伝導プレート8は、例えば、アルミニウム、銅、もしくはその合金で構成される。また、応力緩和材7は、柔軟性のあるゴム又は樹脂等で構成される。
The
図7において、拘束構造は、電池積層体4に隣接して電池積層体4を厚み方向に押圧する一対の押圧プレート2と、これらの押圧プレート2に、後述する第1溶接部にて溶接された合計4枚の変形プレート6とを備える。また、拘束構造は、変形プレート6に第2溶接部にて溶接された一対のエンドプレート5を有している。このエンドプレート5は、変形プレート6を変形させて、押圧プレート2を電池積層体4に押し付ける。
In FIG. 7, the restraining structure is welded to the pair of
一対のエンドプレート5は、図6に示すようにボルト11、12で締め付けられ、モジュールケース13の正面及び背面を構成している。このモジュールケース13の左右側部には、左右の側面絶縁板21、22が設置され、モジュールケース13の内部に電池積層体4を保持している。
As shown in FIG. 6, the pair of
図8は、図7の矢印VIII方向から見た押圧プレート2を示している。金属製の押圧プレート2の中央部には、図3にも示すように、エンドプレート5と変形プレート6とを溶接するためのプレスで打ち抜かれた溶接用孔23が8箇所設けられている。
FIG. 8 shows the
図9は、合計4枚ある変形プレート6の図7下側における左右一対分を図7の矢印IX方向から見て示している。
FIG. 9 shows a pair of left and right of the four
図7において、図9に示す一組の変形プレート6は、正面側(図7下側)と背面側(図7上側)との夫々に設けられている。従って、図9のような一組の変形プレート6が一つの電池モジュール1に二組設けられ、4枚の変形プレート6が必要になる。
In FIG. 7, a set of
図10は、図7の電池モジュールの内部構成を示し、二つのエンドプレート5の間に押圧力が作用した状態を概要的に示している。すなわち、図10においては、一対の相対向するエンドプレート5の両端部の脚部51、52(図6)がボルト11、12で結合されている。
FIG. 10 shows an internal configuration of the battery module of FIG. 7 and schematically shows a state in which a pressing force acts between the two
そして、このボルト11、12をネジ込むことにより、一対の相対向するエンドプレート5が変形プレート6を介して、図10の矢印Y101〜Y104のように押圧力を電池積層体4に印加する。このとき、隙間G1が形成される。
Then, by screwing the
図11は、図7の構成において、第1溶接部W11、W12と第2溶接部W21、W22の位置を丸印で仮想的に示している。エンドプレート5と変形プレート6とは、第2溶接部W21、W22で接合されている。更に、変形プレート6と押圧プレート2とは、第1溶接部W11、W12で接合されている。
FIG. 11 virtually shows the positions of the first welds W11 and W12 and the second welds W21 and W22 with circles in the configuration of FIG. The
そして、第1溶接部W11、W12は、第2溶接部W21、W22よりも押圧プレート2の外周縁側に位置している。また、変形プレート6は、エンドプレート5及び押圧プレート2よりも変形し易い。つまり変形し易い材料(剛性が小さい材料)又は変形し易い薄い寸法を選択して構成されている。
And 1st welding part W11, W12 is located in the outer periphery side of the
このように、エンドプレート5と変形プレート6とは、全面的に接合しているのでなく、第2溶接部W21、W22において局部的に接合されている。更に、変形プレート6と押圧プレート2とも全面的に接合されているのでなく、第1溶接部W11、W12で局部的に接合されている。
Thus, the
そして、エンドプレート5が直接的に押圧プレート2を押圧するのでなく、図10のように中央部に隙間G1が形成されるように変形する変形プレート6を介して押圧することにより、より均一に電池積層体4に押圧力が印加される。なお、変形プレート6が無く、エンドプレート5が直接的に押圧プレート2を押圧する場合は、矢印Y101〜Y104にて示す押圧力は、エンドプレート5の左右両端側に一層移動する。つまり、矢印Y101、Y102の間、及び、矢印Y101、Y102の間隔が広くなり、外側に押圧力が集中してしまい、均一な押圧力が電池積層体4に印加されなくなる。
Then, the
電池モジュール1は、複数積層されて電池パックを構成する。図12は、上記第1実施形態の電池モジュール1を複数個使用した電池パック30の一例を図示している。電池パック30の左右両端には、パック総プラス端子31とパック総マイナス端子32とが設けられている。
A plurality of
このパック総プラス端子31とパック総マイナス端子32とから、電池パック30の電気出力が取り出される。電池パック30は、金属製の台座33に固定されており、電池パック30の下面には冷却器34が設けられている。冷却器34内に流れる熱交換媒体によって、電池パック30が冷却される。冷却器34は熱交換器から成る。電池モジュール1の相互間にはワイヤハーネス35が設けられ、電池パック30の右端にはサービスプラグ36が設けられている。
From the pack total plus
図13は、電池パックケース40が被せられた電池パック30の外形を示している。電池パック30の右端上部には、電池制御装置41(電池ECUともいう)が設けられている。また、電池パックケース40から排煙ダクト42の一部が突出している。
FIG. 13 shows the outer shape of the
以下、具体的に、図12、図13の電池パック30について説明する。電池パック30は、この一例において8個の電池モジュール1を備える。電池モジュール1は、複数の単電池となる扁平型電池3の集合体で構成される。
Hereinafter, the
図13の電池パックケース40は、電池モジュール1が収容される電池収容空間を形成する筐体である。電池パックケース40には、8個の電池モジュール1が一列に並んで収容されている。
The
電池制御装置41は、電池パック30の状態を監視する電池監視ユニットを構成する。電池制御装置41は、扁平型電池3の状態に関する情報を検出するために、扁平型電池3の所定の位置に設置された検出端子から延びる複数の検出線を介して扁平型電池3に接続されている。検出線は、例えば、電池の電圧又は温度等の情報を電池監視装置に送信するための通信線である。検出端子は、電池の状態に関わる情報を検出する電圧計測素子、温度センサ、及びその他の各種センサである。
The
電池パックケース40には、図示しないパッキン等のシール部材が設けられ、電池収容空間の空気が外部に漏れないように密閉される。扁平型電池3の内部圧力が異常な圧力になったときには、扁平型電池3の外装ケースが破断して、内部のガスが外部に放出されることがある。このようにガスが放出されると、電池収容空間にはガスが充満するが、電池パック30は、このガスを外部に排出するための排煙ダクト42を備える。排煙ダクト42は、電池パックケース40内の電池収容空間と電池パック外部とを連通させる。
The
サービスプラグ36は、電池モジュール1の間を連結する電流制御機器であり、電池モジュール1の間を非導通状態及び導通状態にできる拭き取り式のプラグである。サービスプラグ36は、プラグ台に設置されている。例えば、サービスプラグ36は、メンテナンス時に操作される非通電用のスイッチであり、プラグを抜けば電流が流れない状態を目指できるものであり、電池パック30の回路を強制的に切断することができる。
The service plug 36 is a current control device that connects the
(第1実施形態の作用効果)
上記第1実施形態においては、電池モジュールは、発電要素をシート状の外装体内部に封止してなる扁平型電池3を、この扁平型電池3の厚み方向に複数枚積層して電池積層体4を構成している。また、電池モジュールは、電池積層体4を厚み方向に押圧して拘束する拘束構造を備えている。そして、上記拘束構造は、電池積層体4を厚み方向に押圧する押圧プレート2と、押圧プレート2に第1溶接部W11、W12にて溶接された変形プレート6と、エンドプレート5とを備えている。
(Operational effects of the first embodiment)
In the first embodiment, the battery module is formed by stacking a plurality of
エンドプレート5は、変形プレート6に第2溶接部W21、W22にて溶接され、変形プレート6を変形させて押圧プレート2を電池積層体4に押し付ける。また、変形プレート6と電池積層体4との間に押圧プレート2が設けられ、第1溶接部W11、W12は、第2溶接部W21、W22よりも押圧プレート2の外周縁側に位置している。
The
これによれば、電池積層体を構成する扁平型電池の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池内部におけるガスの発生を抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。更に、エンドプレート5の剛性を必要以上に上げる必要がないため、エンドプレート5の重量軽減が可能となる。
According to this, the whole surface to be restrained of the flat battery constituting the battery stack can be pressed, and unevenness of the surface pressure distribution at the time of pressing can be suppressed. Therefore, when the flat battery is swollen, the stress due to the swollenness can be absorbed better. Since unevenness of the surface pressure distribution can be suppressed, generation of gas in each flat battery during charging / discharging can be suppressed, and deterioration in battery performance due to the gas staying between the electrode plates of the power generation element can be suppressed. Furthermore, since it is not necessary to increase the rigidity of the
次に、エンドプレート5の外周縁側が厚み方向に押圧された場合に、第2溶接部W21、W22に隣接する変形プレート6の部分と押圧プレート2との間に隙間G1が形成される。
Next, when the outer peripheral edge side of the
これによれば、隙間G1が形成されることにより、第2溶接部W21、W22よりも押圧プレート2の外周縁側に位置した第1溶接部W11、W12に押圧力が多く印加されるようになり、面圧分布のムラが抑制される。
According to this, since the gap G1 is formed, more pressing force is applied to the first welded portions W11 and W12 located on the outer peripheral side of the
次に、変形プレート6は、エンドプレート5及び押圧プレート2よりも変形し易い材質又は変形し易い寸法で構成されている。
Next, the
これによれば、変形プレートは、エンドプレート及び押圧プレートよりも電池積層体方向に押圧されたときに容易に変形する。従って、押圧プレートの外周縁側に位置した第1溶接部に押圧力がより強く印加され易く、面圧分布のムラが抑制される。 According to this, a deformation | transformation plate deform | transforms easily, when it presses in a battery laminated body direction rather than an end plate and a press plate. Therefore, the pressing force is more easily applied to the first welded portion located on the outer peripheral edge side of the pressing plate, and unevenness of the surface pressure distribution is suppressed.
次に、エンドプレート5は、電池積層体4の両側に一対設けられ、夫々のエンドプレート5は、両端部に脚部51、52と脚部51、52に夫々取り付けられたボルト11、12とを有していている。そして、電池積層体4を一対のエンドプレート5の間に設置して、相対向するエンドプレート5がボルト11、12の締め付けにより互いに接近して押圧プレート2が電池積層体4に押し付けられる。
Next, a pair of
これによれば、拘束荷重が適度な大きさになるように管理するに際して、エンドプレートの両端に脚部を設け、相対向するエンドプレートの脚部をボルトの締め付けにより互いに接近させて押圧力を発生させるので拘束荷重の管理が容易である。 According to this, when managing the restraint load so as to have an appropriate size, the leg portions are provided at both ends of the end plate, and the leg portions of the opposite end plates are brought close to each other by tightening the bolts to thereby apply the pressing force. Since it is generated, the restraint load can be easily managed.
以上のように、電池積層体4を構成する扁平型電池3の拘束すべき面の全体を押圧でき、押圧時の面圧分布のムラを抑制することができる。従って、扁平型電池3に膨れが生じた場合に、この膨れによる応力をより良好に吸収することができる。面圧分布のムラが抑制できるため、充放電時に各扁平型電池3の内部におけるガスの発生を抑制でき、このガスが発電要素の電極板間に滞留することに伴う電池性能の低下を抑制できる。更に、エンドプレート5の重量軽減が可能となる。
As described above, the entire surface to be restrained of the
次に、扁平型電池3の内部には、複数の並列接続された発電要素がある。この各発電要素が発電要素用電極を持ち、面圧分布のムラにより発電要素用電極相互間の接続距離が変化する。よって並列接続された電流路の抵抗が接続距離により変化し、局所的な電流集中が発生する傾向がある。しかし、この第1実施形態では、面圧分布のムラが抑制できるため、局所的な電流集中の発生が防止でき、電池効率の向上や局部的な発熱防止が可能となる。
Next, there are a plurality of power generation elements connected in parallel inside the
押圧力を印加しない状態では、エンドプレート5と変形プレート6の間には、実質的に隙間が生じない。かつ、エンドプレート5と押圧プレート2との間には変形プレート6の肉厚に相当する隙間が生じている(図1)。
In the state where no pressing force is applied, a gap is not substantially generated between the
一対のエンドプレート5は、夫々両端部に脚部51、52を有し、電池積層体4を一対のエンドプレート5の間に設置して、相対向するエンドプレート5が脚部51、52におけるボルト11、12の締め付けにより互いに接近して押圧力を発生させる。
The pair of
この押圧力を発生させたときに、内側の溶接箇所である第2溶接部W21、W22付近には、変形プレート6と押圧プレート2の間に隙間G1が形成される。一方、外側の溶接箇所である第1溶接部W、W12には、エンドプレート5と変形プレート6との間に隙間が形成される。
When this pressing force is generated, a gap G1 is formed between the
これにより、エンドプレート5に変形が生じたとき(たわみが発生したとき)、扁平型電池3の拘束面全体を均一的に押圧可能となる。また、エンドプレート5の軽量化が可能となる。このことは、変形プレート6の溶接点を電池積層体4の中央側と周辺側とに分離し、電池モジュールケースとなるエンドプレート5のたわみを押圧プレート2に直接伝えないことから可能となる。このように、拘束部材は、電池モジュールケースを構成するエンドプレート5と変形プレート6と押圧プレート2とを含む。
Thereby, when deformation | transformation arises in the end plate 5 (when bending | deflection generate | occur | produces), it becomes possible to press the whole restraint surface of the
変形プレート6は、エンドプレート5及び押圧プレート2よりも肉厚が薄い材料で形成され、強度が弱い。つまり、変形プレート6がエンドプレート5等より先に変形してほしいので、強度的に弱い材料で製作している。これにより、エンドプレート5が変形しても、面圧分布のムラを抑制できる。
The
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上記した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。なお、第2実施形態以下については、第1実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明が援用される。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different configurations will be described. In addition, about 2nd Embodiment or less, the same code | symbol as 1st Embodiment shows the same structure, Comprising: The description which precedes is used.
上記第1実施形態において、変形プレート6は、図9のように四角形状のプレート2枚一組を電池モジュール1の片側に使用したが、更に分割することもできる。図14は、本発明の第2実施形態を示す電池モジュール1に使用される四角形状のプレート4枚一組から成る変形プレート6である。このように、変形プレート6の枚数を増やすときは溶接点の数も増加する。
In the first embodiment, the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図15は、本発明の第3実施形態を示す電池モジュール1に使用される2枚一組の変形プレート6である。この変形プレート6は、X字状のプレートを使用している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. A different part from above-described embodiment is demonstrated. FIG. 15 shows a set of two
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図16は、本発明の第4実施形態を示す電池モジュール1に使用される2枚一組の変形プレート6である。この変形プレート6は、H字状のプレートを使用している。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. A different part from above-described embodiment is demonstrated. FIG. 16 shows a set of two
(第5実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図17は、本発明の第5実施形態を示す電池モジュール1に使用される2枚一組の変形プレート6である。この変形プレート6は、左右線対称のY字状のプレートを使用している。
(Fifth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. A different part from above-described embodiment is demonstrated. FIG. 17 shows a set of two
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について説明する。上記した実施形態と異なる部分を説明する。図18は、本発明の第6実施形態を示す電池モジュール1に使用される2枚一組の変形プレート6である。この変形プレート6は、O字状のプレートを使用している。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. A different part from above-described embodiment is demonstrated. FIG. 18 shows a set of two
(他の実施形態)
上記の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the preferred embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It is. The structure of the said embodiment is an illustration to the last, Comprising: The scope of the present invention is not limited to the range of these description. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
上記第1実施形態における溶接点は、第1溶接部W11、W12及び第2溶接部W21、W22から成る。溶接点の数は、図8の押圧プレート2の中央部におけるエンドプレート5と変形プレート6とを溶接するための8箇所の溶接用孔23から判明するように、合計16箇所である。しかし、この溶接点の数は、12個又は20個としても良い。
The welding point in the said 1st Embodiment consists of 1st welding part W11, W12 and 2nd welding part W21, W22. The number of welding points is 16 in total, as can be seen from the eight
また、変形プレート6の形状に合わせて、溶接点の数及び位置をかえることができる。図19は、変形プレート6の形状と溶接点の数及び位置の例を表にしたものであり、電池モジュールの平面形状と各形状における変形プレートの溶接点の数及び位置を示している。
Further, the number and position of the welding points can be changed according to the shape of the
次に、上記実施形態においてはエンドプレートが電池積層体を挟み、エンドプレートの脚部が互いにネジ締結されることにより電池積層体を拘束した。しかし、脚部を部分的に設けるのでなく、エンドプレートの端部を直接ボルトでネジ締めしても良い。また、ネジ締めに限らず、カシメ構造やリベットによる締結構造を用いても良い。また、エンドプレートと変形プレートと押圧プレートとの3種の部材は金属を想定しているが、すべて樹脂で構成してもよい。 Next, in the above-described embodiment, the end plate sandwiches the battery stack, and the leg portions of the end plate are screwed together to restrain the battery stack. However, the end portion of the end plate may be directly screwed with a bolt instead of partially providing the leg portion. Further, not only screw tightening but also a caulking structure or a fastening structure using rivets may be used. Moreover, although the three types of members of the end plate, the deformation plate, and the pressing plate are assumed to be metal, they may all be made of resin.
上記実施形態において各電池モジュールを構成する単電池は、角形の単電池で構成することができる。この角形の単電池は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等からなる外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。各電池モジュールは、単電池と絶縁スペーサとを交互に所定個数積層した電池積層体を、積層方向の両端部から拘束部材で挟み一体にして構成してもよい。 In the above-described embodiment, the single battery constituting each battery module can be formed of a square single battery. This rectangular unit cell is a flat rectangular parallelepiped whose outer peripheral surface is covered with an outer case made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. Each battery module may be configured integrally by sandwiching a battery stack in which a predetermined number of cells and insulating spacers are alternately stacked from both ends in the stacking direction with a restraining member.
上記実施形態において、電池モジュールの個数は、開示の形態に限定されない。例えば、複数個並ぶ電池モジュールは、二列以上であってもよい。また、上記実施形態で説明した電池パックは、放熱部を下方に、電池パックケースを上方に位置する姿勢で車両等に設置されているが、この形態に限定されない。例えば、電池パックの設置姿勢は、放熱部を上方に、電池パックケースを下方に位置する姿勢であったり、放熱部と電池パックケースとが横方向に並ぶ姿勢であったりしてもよい。 In the above embodiment, the number of battery modules is not limited to the disclosed form. For example, two or more battery modules may be arranged in a row. Moreover, although the battery pack demonstrated by the said embodiment is installed in the vehicle etc. with the attitude | position which has a thermal radiation part downward and a battery pack case upward, it is not limited to this form. For example, the installation posture of the battery pack may be a posture in which the heat dissipating part is positioned upward and the battery pack case is positioned in a downward direction, or the heat dissipating part and the battery pack case are aligned in the lateral direction.
次に、応力緩和材は省略することもできる。あるいは、押圧プレートと応力緩和材とを複合材料を使用して一体化しても良い。 Next, the stress relaxation material can be omitted. Alternatively, the pressing plate and the stress relaxation material may be integrated using a composite material.
また、上記実施形態においては、一対のエンドプレートの間に電池積層体を設置した。しかし、一つの電池積層体に対して一つのエンドプレートを設け、図3に示すように、エンドプレートの外周縁を台座等に押し付けてもよい。 Moreover, in the said embodiment, the battery laminated body was installed between a pair of end plates. However, one end plate may be provided for one battery stack, and the outer peripheral edge of the end plate may be pressed against a pedestal or the like as shown in FIG.
1 電池モジュール
2 押圧プレート
3 扁平型電池
4 電池積層体
5 エンドプレート
6 変形プレート
G1 隙間
W11、W12 第1溶接部
W21、W22 第2溶接部
30 電池パック
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電池積層体(4)を前記厚み方向に押圧して拘束する拘束構造と、を備えた電池モジュール(1)であって、
前記拘束構造は、
前記電池積層体(4)を前記厚み方向に押圧する押圧プレート(2)と、
前記押圧プレート(2)に第1溶接部(W11、W12)にて溶接された変形プレート(6)と、
前記変形プレート(6)に第2溶接部(W21、W22)にて溶接され、前記変形プレート(6)を変形させて前記押圧プレート(2)を前記電池積層体(4)に押し付けるエンドプレート(5)と、を有し、
前記変形プレート(6)と前記電池積層体(4)との間に前記押圧プレート(2)が設けられ、
前記第1溶接部(W11、W12)は、前記第2溶接部(W21、W22)よりも前記押圧プレート(2)の外周縁側に位置していることを特徴とする電池モジュール。 A battery stack (4) in which a plurality of flat batteries (3) formed by sealing a power generation element inside a sheet-shaped exterior body are stacked in the thickness direction of the flat batteries (3);
A battery module (1) comprising: a restraint structure for restraining the battery stack (4) by pressing in the thickness direction;
The restraint structure is
A pressing plate (2) for pressing the battery stack (4) in the thickness direction;
A deformation plate (6) welded to the pressing plate (2) by a first weld (W11, W12);
An end plate (2) welded to the deformation plate (6) by a second weld (W21, W22), deforms the deformation plate (6) and presses the pressing plate (2) against the battery stack (4). 5) and
The pressing plate (2) is provided between the deformation plate (6) and the battery stack (4),
The battery module, wherein the first welded portion (W11, W12) is located closer to the outer peripheral edge of the pressing plate (2) than the second welded portion (W21, W22).
夫々の前記エンドプレート(5)は、両端部に脚部(51、52)と前記脚部(51、52)に夫々取り付けられたボルト(11、12)とを有し、
前記電池積層体(4)を一対の前記エンドプレート(5)の間に設置して、相対向する前記エンドプレート(5)が前記ボルト(11、12)の締め付けにより互いに接近して前記押圧プレート(2)が前記電池積層体(4)に押し付けられることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電池モジュール。 A pair of the end plates (5) are provided on both sides of the battery stack (4),
Each of the end plates (5) has legs (51, 52) at both ends and bolts (11, 12) attached to the legs (51, 52), respectively.
The battery stack (4) is installed between a pair of end plates (5), and the opposing end plates (5) approach each other by tightening the bolts (11, 12). The battery module according to any one of claims 1 to 3, wherein (2) is pressed against the battery stack (4).
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