JP2015187911A - Battery system for vehicle and electric vehicle with battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載されて車両の走行用モータに電力を供給するバッテリシステムに関し、とくに、複数の角形電池を積層してなる電池積層体の両端にエンドプレートを配置し、エンドプレートにバインドバーを連結して複数の角形電池を加圧状態に固定している車両用のバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両に関する。 The present invention relates to a battery system that is mounted on a vehicle and supplies electric power to a vehicle driving motor, and in particular, end plates are arranged at both ends of a battery stack formed by stacking a plurality of rectangular batteries and bound to the end plates. The present invention relates to a vehicle battery system in which a bar is connected to fix a plurality of rectangular batteries in a pressurized state, and an electric vehicle including the battery system.
車両用のバッテリシステムとして、多数の角形電池を積層して電池積層体とし、この電池積層体の対向面に一対のエンドプレートを配置して、エンドプレートにバインドバーを連結して、角形電池を積層加圧状態に固定している構造のものが開発されている。(特許文献1参照) As a battery system for a vehicle, a battery stack is formed by stacking a large number of square batteries, a pair of end plates are arranged on opposite surfaces of the battery stack, and a bind bar is connected to the end plates to form a square battery. A structure that is fixed in a stacked pressure state has been developed. (See Patent Document 1)
このバッテリシステムは、図1と図2に示すように、多数の角形電池201を積層してなる電池積層体202の両端にエンドプレート203を配置し、このエンドプレート203にバインドバー204を連結して、電池積層体202を加圧状態に固定して電池ブロック210としている。電池ブロック210は、バインドバー204の両端を止ネジ224でエンドプレート203にネジ止めして、エンドプレート203を一定の間隔に固定して、電池積層体202を加圧状態に固定している。さらに、この電池ブロック210は、外装ケース209の底板209Aを貫通する固定ネジ223を下からエンドプレート203にねじ込んで、外装ケース209に固定している。
In this battery system, as shown in FIGS. 1 and 2,
以上のバッテリシステムは、図3に示すように、バインドバー204がエンドプレート203のみに固定されるので、バインドバー204とエンドプレート203とを充分な結合強度で固定するのが難しい欠点がある。とくに、車両用のバッテリシステムは、燃費効率をよくするために使用されることから軽量化が要求されており、エンドプレートがアルミニウムやプラスチック製とされるので、エンドプレート203に強固に止ネジ224をねじ込んで固定するのが難しい。このため、電池積層体202の圧力でエンドプレート203が強く押されて、バインドバー204をエンドプレート203に固定している止ネジ224に反対方向の力が作用すると、図3の鎖線で示すように傾いて、エンドプレート203の間隔が広くなって、膨張する角形電池201を一定の間隔に加圧状態に保持できなくなる。この弊害は、エンドプレートを鉄等の強靭な材料として少なくできるが、鉄製のエンドプレートではバッテリシステムが極めて重くなる弊害が発生する。
As shown in FIG. 3, the above battery system has a drawback that it is difficult to fix the
また、車両用のバッテリシステムは、軽量化に加えて、振動を受ける環境で使用されることから、優れた耐振動強度も要求される。さらに、電池積層体をエンドプレートで挟着しているバッテリシステムは、充放電が繰り返されると経時的に角形電池が膨張するので、角形電池の膨張による弊害も防止する必要がある。優れた耐振動強度と、角形電池の膨張による弊害を阻止するために、この種のバッテリシステムは、電池積層体をエンドプレートで相当な圧力で加圧する状態に固定している。耐振動強度が充分でないバッテリシステムは、車両の振動で隣接する角形電池が相対的に上下左右に移動して損傷する等の弊害がある。とくに、この種のバッテリシステムは、隣接する角形電池の電極端子に金属板のバスバーを固定して直列や並列に接続しているので、隣接する角形電池が相対的に移動すると、電極端子やバスバーなどの固定部分に歪み力が作用して、破損され、あるいは変形する等の弊害が発生する。また、充放電によって経時的に角形電池が膨張すると、内部抵抗が増加して電気特性が低下する等の弊害も発生する。耐振動強度を向上し、かつ角形電池の膨張を阻止するために、電池積層体はエンドプレートでもって相当な圧力で加圧しながら積層状態に固定している。電池積層体は、バインドバーに連結されるエンドプレートで加圧されるので、バインドバーをいかに強固にエンドプレートに固定できるかは、この種のバッテリシステムにとって極めて大切である。 Further, in addition to reducing the weight, a vehicle battery system is used in an environment subject to vibration, and therefore, excellent vibration resistance strength is also required. Furthermore, in the battery system in which the battery stack is sandwiched between the end plates, the prismatic battery expands with time when charging and discharging are repeated, and it is also necessary to prevent adverse effects due to the expansion of the prismatic battery. In order to prevent excellent vibration resistance and adverse effects due to expansion of the rectangular battery, this type of battery system is fixed to a state in which the battery stack is pressurized with a considerable pressure by the end plate. A battery system that does not have sufficient vibration resistance has a negative effect such that the adjacent rectangular batteries are relatively moved up and down and left and right due to the vibration of the vehicle. In particular, in this type of battery system, a metal plate bus bar is fixed to the electrode terminals of adjacent rectangular batteries and connected in series or in parallel, so when the adjacent rectangular batteries move relatively, the electrode terminals and bus bars are moved. Defects such as damage or deformation occur due to distortion force acting on the fixed part. Further, when the rectangular battery expands over time due to charging / discharging, there are also problems such as an increase in internal resistance and a decrease in electrical characteristics. In order to improve the vibration resistance and prevent the expansion of the rectangular battery, the battery stack is fixed in a stacked state while being pressed with a considerable pressure by an end plate. Since the battery stack is pressed by an end plate connected to the bind bar, how firmly the bind bar can be fixed to the end plate is extremely important for this type of battery system.
本発明の大切な目的は、バインドバーとエンドプレートとを充分な結合強度で連結して、一対のエンドプレートでもって電池積層体を理想的な加圧状態に固定でき、しかも長期間にわたって理想的な加圧状態に保持できる車両用のバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両を提供することにある。 An important object of the present invention is to connect the bind bar and the end plate with sufficient bonding strength so that the battery stack can be fixed in an ideal pressure state with a pair of end plates and is ideal for a long period of time. An object of the present invention is to provide a vehicle battery system that can be maintained in a pressurized state and an electric vehicle including the battery system.
本発明の車両用のバッテリシステムは、複数の角形電池1を積層してなる電池積層体2と、電池積層体2の対向面にあって角形電池1を積層方向に加圧する一対のエンドプレート3と、エンドプレート3の上下に連結されて、エンドプレート3を一定の間隔に固定してなるバインドバー4とを備えている。さらに、バッテリシステムは、電池積層体2が載置されて車両に固定される固定フレーム9を備えている。バインドバー3は、両端に設けた連結部4Pがエンドプレート3に固定されている。エンドプレート3は、固定ボルト23を介して固定フレーム9に固定される第1の貫通孔3aを上面から下面に垂直方向に貫通して設けている。エンドプレート3の上下に連結されるバインドバー4の連結部4Pは、エンドプレート3に設けてなる第1の貫通孔3aの開口部をカバーする位置にあって、第1の貫通孔3aに挿入される固定ボルト23を挿通する位置に第2の貫通孔4aを設けている。バッテリシステムは、バインドバー4に設けてなる第2の貫通孔4aと、エンドプレート3に設けてなる第1の貫通孔3aに、固定フレーム9に固定される固定ボルト23が挿入されて、この固定ボルト23でもって、バインドバー4がエンドプレート3に固定されて、バインドバー4とエンドプレート3が車両に固定される固定フレーム9に固定されている。
A battery system for a vehicle according to the present invention includes a
以上のバッテリシステムは、簡単かつ容易に組み立てして車両に固定できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、バインドバーとエンドプレートとの貫通孔に挿通される固定ボルトを車両に固定される固定フレームにねじ込んで、バインドバーをエンドプレートに固定して、両方を固定フレームに固定できるからである。この構成によると、長期間にわたって、一対のエンドプレートの間隔を一定に保持して、各角形電池の経時的な膨張による電気特性の低下を有効に防止できる特徴も実現する。それは、以上のバッテリシステムが、エンドプレートを上下に貫通する長い固定ボルトで、車両に固定される固定フレームに固定されるからである。 The battery system described above has a feature that it can be easily and easily assembled and fixed to a vehicle. That is, the above battery system screws the fixing bolt inserted into the through hole between the bind bar and end plate into the fixed frame fixed to the vehicle, fixes the bind bar to the end plate, and both to the fixed frame. This is because it can be fixed. According to this configuration, a feature is also realized in which the interval between the pair of end plates is kept constant over a long period of time, and the deterioration of the electrical characteristics due to the expansion of each rectangular battery over time can be effectively prevented. This is because the battery system described above is fixed to a fixed frame fixed to the vehicle with long fixing bolts that vertically penetrate the end plate.
従来のバッテリシステムは、ネジの頭側の一端をバインドバーの貫通孔に挿通して先端部をエンドプレートにねじ込んで固定するので、エンドプレートが電池積層体に強く押圧され続け、さらに角形電池が膨張して圧力が強くなると、図3の矢印で示すように、止ネジ224に作用する力で鎖線で示すように傾いて、エンドプレート203の間隔が広がり、角形電池201の加圧状態が変化する欠点がある。
In the conventional battery system, one end on the screw head side is inserted into the through hole of the bind bar and the tip is screwed into the end plate to be fixed. When the pressure expands and the pressure becomes stronger, as shown by the arrow in FIG. 3, the force acting on the
これに対して、以上のバッテリシステムは、固定ボルトの両端部をバインドバーの第2の貫通孔に挿通して、その間をエンドプレートの第1の貫通孔に挿通してバインドバーをエンドプレートに固定するので、従来の止ネジのように、両端に反対方向に働く強い力が作用しない。このため、固定ボルトがエンドプレートの圧力で傾斜してエンドプレートの間隔が広がることがなく、長期間にわたってエンドプレートの間隔を一定に保持できる特徴がある。 On the other hand, in the battery system described above, both ends of the fixing bolt are inserted into the second through hole of the bind bar, and the gap is inserted into the first through hole of the end plate so that the bind bar is used as the end plate. Since it is fixed, a strong force acting in the opposite direction does not act on both ends like a conventional set screw. For this reason, the fixing bolt is not inclined by the pressure of the end plate, and the interval between the end plates does not increase, and the interval between the end plates can be kept constant over a long period of time.
また、以上のバッテリシステムは、固定ボルトをエンドプレートの雌ねじ孔にねじ込んでネジ止めして固定するのではない。このため、第1の貫通孔の内面に雌ネジを設ける必要がなく、また雌ネジに噛み合って強く連結する強度も要求されない。したがって、第1の貫通孔の内径を大きくして、固定ボルトを太くできる。太い固定ボルトの全体にバランスよく、バインドバーとエンドプレートの力が作用するので、強靭な固定ボルトでもって、常にエンドプレートの間隔を一定に保持できる特徴がある。 In the above battery system, the fixing bolt is not screwed into the female screw hole of the end plate and fixed by screwing. For this reason, it is not necessary to provide a female screw on the inner surface of the first through hole, and it is not required to have a strength to engage with the female screw and strongly connect it. Therefore, the fixing bolt can be thickened by increasing the inner diameter of the first through hole. Since the force of the binding bar and the end plate acts in a well-balanced manner on the entire thick fixing bolt, there is a feature that the end plate interval can be kept constant with a strong fixing bolt.
また、以上のバッテリシステムは、バインドバーとエンドプレートとを充分な結合強度で連結して、一対のエンドプレートでもって電池積層体を理想的な加圧状態に固定でき、しかも長期間にわたって理想的な加圧状態に保持できる特徴も実現する。それは、エンドプレートに連結しているバインドバーを、車両のシャーシや外装ケース等の固定フレームに固定する固定ボルトを介してエンドプレートに固定するからである。 In addition, the battery system described above can connect the bind bar and end plate with sufficient bonding strength, and can fix the battery stack to an ideal pressure state with a pair of end plates, and is ideal for a long period of time. A feature that can be maintained in a pressurized state is also realized. This is because the bind bar connected to the end plate is fixed to the end plate via fixing bolts that are fixed to a fixing frame such as a vehicle chassis or an exterior case.
さらに、以上のバッテリシステムは、電池積層体をエンドプレートで挟着する状態に固定しながら、極めて強固に車両に固定できる特徴もある。それは、バインドバーとエンドプレートを貫通する固定ボルトが固定される固定フレームを車両に固定し、あるいは、車両のシャーシを固定フレームとして、バインドバーとエンドプレートを貫通する固定ボルトを車両のシャーシに直接に固定して、電池積層体をエンドプレートで挟着する状態に保持して、車両に固定することができるからである。 Further, the battery system described above has a feature that the battery stack can be fixed to the vehicle extremely firmly while being fixed in a state of being sandwiched between end plates. It can fix a fixed frame to which the fixing bolts that pass through the bind bar and the end plate are fixed to the vehicle, or use the vehicle chassis as a fixed frame and fix the fixing bolts that pass through the bind bar and the end plate directly to the vehicle chassis. This is because the battery stack can be held in a state of being sandwiched by end plates and fixed to the vehicle.
本発明のバッテリシステムは、エンドプレート3を所定の厚さを有する四角形の板状として、四角形の四隅部にバインドバー4を連結することができる。
以上のバッテリシステムは、四角形のエンドプレートの四隅部に4本のバインドバーを連結するので、バインドバーでもってエンドプレートを理想的な状態で固定できる。
In the battery system according to the present invention, the
In the battery system described above, four bind bars are connected to the four corners of the square end plate, so that the end plate can be fixed in an ideal state with the bind bar.
本発明のバッテリシステムは、バインドバー4が、水平部4Xと垂直部4Yとを直角に連結して横断面形状をL字状とすると共に、L字状のバインドバー4を角形電池1の四隅に配置し、バインドバー4の水平部4Xが角形電池1の上下にあって、上下方向の移動を阻止し、バインドバー4の垂直部4Yが角形電池1の両側にあって水平方向の移動を阻止することができる。
以上のバッテリシステムは、バインドバーで角形電池の上下左右方向の相対移動を阻止できるので、耐振動強度をより向上できる特徴がある。
In the battery system of the present invention, the
The battery system described above has a feature that vibration resistance strength can be further improved because the binding bar can prevent relative movement of the rectangular battery in the vertical and horizontal directions.
本発明のバッテリシステムは、バインドバー4が、連結部4Pの端縁に端面プレート4Tを連結しており、この端面プレート4Tをエンドプレート3の外側面に配置して、バインドバー4をエンドプレート3に連結することができる。
以上のバッテリシステムは、端面プレートをエンドプレートに係止して、エンドプレートを一定の間隔に保持できる特徴がある。
In the battery system of the present invention, the
The battery system described above has a feature that the end plate can be locked to the end plate and the end plate can be held at a constant interval.
本発明のバッテリシステムは、エンドプレート3がアルミニウム製で、第1の貫通孔3aに挿通される固定ボルト23の中間部をエンドプレート3の表面に露出させる開口部3Xを設けて、開口部3Xの上下に第1の貫通孔3aを設けることができる。
以上のバッテリシステムは、エンドプレートに設けた開口部でもって、固定ボルトの中間部をエンドプレートの表面に露出させているので、固定ボルトの固定状態を開口部から確認できる特徴がある。たとえば、長期間にわたる振動で固定ボルトが中間で破断されると、開口部から固定ボルトの破断を簡単に確認できる。
In the battery system of the present invention, the
The battery system described above has a feature that the fixing bolt can be confirmed from the opening because the intermediate portion of the fixing bolt is exposed on the surface of the end plate with the opening provided in the end plate. For example, if the fixing bolt is broken in the middle due to vibration over a long period of time, the breaking of the fixing bolt can be easily confirmed from the opening.
本発明のバッテリシステムは、開口部3Xを、第1の貫通孔3aに挿通される固定ボルト23をエンドプレート3の片面に露出させる溝3Xaとすることができる。
以上のバッテリシステムは、開口部をエンドプレートの片面に開口するので、固定ボルトの一部をエンドプレートの表面に露出させながら、エンドプレートの強度低下を防止できる特徴がある。
In the battery system of the present invention, the
The battery system described above is characterized in that since the opening is opened on one side of the end plate, a reduction in the strength of the end plate can be prevented while exposing a part of the fixing bolt to the surface of the end plate.
本発明のバッテリシステムは、開口部3Xを、第1の貫通孔3aに挿通される固定ボルト23をエンドプレート3の両面に露出させるスリット3Xbとすることができる。
以上のバッテリシステムは、固定ボルトをエンドプレートの両面に露出させるので、エンドプレートを表裏なく電池積層体の端面に積層して、電池積層体を加圧状態に固定して、固定ボルトの損傷を確認できる。
In the battery system of the present invention, the
In the battery system described above, the fixing bolts are exposed on both sides of the end plate. Therefore, the end plate is laminated on the end surface of the battery stack without fixing the front and back, and the battery stack is fixed in a pressurized state to damage the fixing bolt. I can confirm.
本発明のバッテリシステムは、角形電池1を、電池ケース10を金属ケースとする非水系電解液電池とすることができる。
以上のバッテリシステムは、角形電池を金属ケースの非水系電解液電池とするので、エンドプレートで電池積層体を加圧状態に固定して、各角形電池を一定の圧力で加圧状態に保持でき、また、容積に対する充放電できる容量を大きくできる。
In the battery system of the present invention, the
In the above battery system, since the rectangular battery is a non-aqueous electrolyte battery with a metal case, the battery stack can be fixed in a pressurized state with an end plate, and each rectangular battery can be held in a pressurized state at a constant pressure. Moreover, the capacity | capacitance which can be charged / discharged with respect to a volume can be enlarged.
本発明の電動車両は、上記のいずれかのバッテリシステム100と、このバッテリシステム100から電力供給される走行用のモータ93と、バッテリシステム100及びモータ93を搭載してなる車両本体90と、モータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。
以上の電動車両は、複数の角形電池を備えるバッテリシステムを車両に搭載しながら、走行時に受ける振動や、繰り返し充放電されて経時的に膨張する角形電池による弊害を有効に防止できる。それは、バインドバーとエンドプレートを貫通する固定ボルトを固定フレームに固定することで、電池積層体をエンドプレートで挟着する状態に保持して、固定フレームに固定できるからである。
An electric vehicle according to the present invention includes any one of the
The above-described electric vehicle can effectively prevent the vibration caused by traveling and the negative effects caused by the square battery that is repeatedly charged and discharged and expands with time, while the battery system including the plurality of square batteries is mounted on the vehicle. This is because, by fixing a fixing bolt that penetrates the bind bar and the end plate to the fixing frame, the battery stack can be held in a state of being sandwiched by the end plate and fixed to the fixing frame.
本発明の電動車両は、固定フレーム9を、車両のシャーシ92とすることができる。
以上の電動車両は、バインドバーとエンドプレートを貫通する固定ボルトを車両のシャーシに直接に固定するので、作業効率を向上しながら、極めて強固に車両に固定できる。
In the electric vehicle of the present invention, the fixed
Since the above-described electric vehicle directly fixes the fixing bolt that penetrates the bind bar and the end plate to the chassis of the vehicle, the electric vehicle can be fixed to the vehicle extremely firmly while improving the working efficiency.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための車両用のバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両を例示するものであって、本発明は車両用のバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a battery system for a vehicle and an electric vehicle including the battery system for embodying the technical idea of the present invention. The electric vehicle including the battery system is not specified as follows. Furthermore, this specification does not limit the members shown in the claims to the members of the embodiments.
図4ないし図8に示すバッテリシステムは、複数の角形電池1を積層している電池積層体2と、電池積層体2の積層方向の両端部に配置している一対のエンドプレート3と、両端部を一対のエンドプレート3に連結して、複数の角形電池1を積層方向に加圧状態で固定しているバインドバー4と、電池積層体2が載置されて車両に固定される固定フレーム9と、バインドバー4とエンドプレート3とを固定フレーム9に固定する固定ボルト23とを備える。
The battery system shown in FIGS. 4 to 8 includes a
角形電池1は、図6と図8に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形の電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。角形電池1は、電池ケース10を金属ケースとする非水系電解液電池である。非水系電解液電池である角形電池1は、リチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の角形電池1は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池積層体2としている。
As shown in FIGS. 6 and 8, the
角形電池1は、外形を角形とする金属製の電池ケース10に、電極体(図示せず)を収納して電解液を充填している。金属ケースからなる電池ケース10は、アルミニウムやアルミニウム合金で製造することができる。電池ケース10は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶10Aと、この外装缶10Aの開口部を気密に閉塞している封口板10Bとを備えている。封口板10Bは平面状の金属板で、その外形を外装缶10Aの開口部の形状としている。この封口板10Bはレーザー溶接して外装缶10Aの外周縁に固定されて外装缶10Aの開口部を気密に閉塞している。外装缶10Aに固定される封口板10Bは、その両端部に正負の電極端子13を固定しており、さらに正負の電極端子13の中間にはガス排出口12を設けている。ガス排出口12の内側には、所定の内圧で開弁する排出弁11を設けている。図6に示す電池積層体2は、複数の角形電池1を、排出弁11を設けた面が略同一面に位置する姿勢で積層して、各角形電池1の排出弁11を第1の表面2Aに配置している。図の電池積層体2は、排出弁11を設けている封口板10Bを上面とする姿勢で、複数の角形電池1を積層している。
In the
排出弁11は、角形電池1の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内圧の上昇を防止する。この排出弁11は、ガス排出口12を閉塞する弁体(図示せず)を内蔵している。弁体は、設定圧力で破壊される薄膜、あるいは設定圧力で開弁するように弾性体で弁座に押圧されている弁である。排出弁11が開弁されると、ガス排出口12を介して角形電池1の内部が外部に開放され、内部のガスを放出して内圧の上昇が防止される。
The
互いに積層される複数の角形電池1は、正負の電極端子13を接続して互いに直列及び/又は並列に接続される。バッテリシステムは、隣接する角形電池1の正負の電極端子13を、バスバー14を介して互いに直列及び/又は並列に接続する。隣接する角形電池を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する角形電池を並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。
The plurality of
図5と図6に示す電池積層体2は、14個の角形電池1を、スペーサ7を介して互いに積層しており、これらの角形電池1を直列に接続している。図の電池積層体2は、互いに隣接する角形電池1同士を逆向きに並べており、その両側において隣接する電極端子13同士をバスバー14で連結して、隣り合う2個の角形電池1を直列に接続して、すべての角形電池1を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する角形電池の個数とその接続状態を特定しない。
In the
電池積層体2は、図5と図8に示すように、積層している角形電池1の間にスペーサ7を挟着している。スペーサ7は、隣接する角形電池1を絶縁する。図に示すスペーサ7は、プラスチックを板状に成形した絶縁プレートである。とくに、熱伝導率の小さい材質のプラスチックで成形されるスペーサは、隣接する角形電池の熱暴走を効果的に防止できる効果もある。このスペーサ7は、角形電池1を嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する角形電池1を位置ずれしないように積層できる。
As shown in FIGS. 5 and 8, the
以上のように、スペーサ7で絶縁して積層される角形電池1は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。ただ、電池積層体は、必ずしも角形電池の間にスペーサを介在させる必要はない。例えば、角形電池の外装缶を絶縁材で成形し、あるいは角形電池の外装缶の外周を絶縁シートや絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する角形電池同士を絶縁することによって、スペーサを不要とできるからである。さらに、角形電池の間にスペーサを介在させない電池積層体は、角形電池の間に冷却風を強制送風して角形電池を冷却する空冷式を採用することなく、冷媒等を用いて直接冷却する方式を採用して角形電池を冷却できる。
As described above, in the
さらに、図5と図8に示すスペーサ7は、角形電池1を効果的に冷却するために、角形電池1との間に挟着される部分に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間16を設けている。図5と図8のスペーサ7は、角形電池1との対向面に、両側縁まで延びる溝15を設けて、角形電池1との間に冷却隙間16を設けている。図のスペーサ7は、複数の溝15を、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のスペーサ7は、両面に溝15を設けており、互いに隣接する角形電池1とスペーサ7との間に冷却隙間16を設けている。この構造は、スペーサ7の両側に形成される冷却隙間16で、両側の角形電池1を効果的に冷却できる特長がある。ただ、スペーサは、片面にのみ溝を設けて、角形電池とスペーサとの間に冷却隙間を設けることもできる。図の冷却隙間16は、電池積層体2の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間16に強制送風される空気は、角形電池1の外装缶10Aを直接に効率よく冷却する。この構造は、角形電池1の熱暴走を有効に阻止しながら、角形電池1を効率よく冷却できる特徴がある。
Further, the
以上のスペーサ7は、角形電池1との間に冷却隙間16を設けて、この冷却隙間16に冷却用の空気などの冷却気体を強制的に送風して、角形電池1を冷却できる。ただ、スペーサは、必ずしも角形電池との間に冷却隙間を設ける必要はなく、図9に示すように、スペーサ37を電池積層体32の表面に露出する長さとして、露出部37Aを冷却プレート20に熱結合状態に連結する構造とすることもできる。このバッテリシステムは、冷却プレート20を冷却し、冷却プレート20でスペーサ37を冷却して、スペーサ37で角形電池1を冷却することができる。冷却プレート20は、表面に放熱フィン(図示せず)を設けて冷却し、あるいは、内部に冷却用の冷媒や冷却液を循環させて強制的に冷却できる。さらに、図示しないが、角形電池に間にスペーサを配置することなく、角形電池の表面を絶縁して絶縁することもできる。
The
エンドプレート3はバインドバー4に連結されて一定の間隔に固定される。このエンドプレート3は、アルミニウムを所定の厚さの板状に加工して製作される。ただ、エンドプレートは、プラスチックを板状に成形して、外側面に金属板を積層する構造とすることもできる。エンドプレート3の外形は、角形電池1の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、四隅部にバインドバー4を連結して、電池積層体2を加圧状態に固定して変形しない四角形の板状である。図4、図6、及び図7に示すエンドプレート3は、四隅部にバインドバー4を連結して、角形電池1の表面に面接触状態に密着し、角形電池1を均一な圧力で加圧状態に固定する。エンドプレート3は、電池積層体2を両端面から加圧して、角形電池1を加圧状態に保持する。
The
エンドプレート3は、固定ボルト23を介して車両に固定される固定フレーム9に固定される。固定ボルト23は、バインドバー4をエンドプレート3に固定するボルトにも併用される。エンドプレート3は、固定ボルト23を挿通するために、第1の貫通孔3aを上面から下面に垂直方向に貫通して設けている。図4のバッテリシステムは、エンドプレート3の四隅部にバインドバー4を連結しているので、第1の貫通孔3aをエンドプレート3の両側部に設けている。バインドバー4は、エンドプレート3両側に設けている第1の貫通孔3aの上面と下面の両方に連結されて、固定ボルト23を介してエンドプレート3の四隅部に固定される。
The
エンドプレート3は、図4〜図7に示すように、第1の貫通孔3aに挿通される固定ボルト23の中間部をエンドプレート3表面に露出させる開口部3Xを設けて、開口部3Xの上下に第1の貫通孔3aを設けている。固定ボルト23は、開口部3Xの内面に非接触状態で配置されている。すなわち、開口部3Xの内面と固定ボルト23との間に隙間を設けている。開口部3Xに露出する固定ボルト23を外部からより観察できるようにするためである。この開口部3Xは、内幅を第1の貫通孔3aの内径よりも広くしている。開口部3Xは、図5の一部拡大図に示すように、固定ボルト23をエンドプレート3Aの片面に露出させる溝3Xaとし、あるいは、図10に示すように、固定ボルト23をエンドプレート3Bの両面に露出させるスリット3Xbとしている。固定ボルト23をエンドプレート3の片面に露出させるエンドプレート3Aは、バッテリシステムの外側から固定ボルト23の露出部を観察できるように、開口部3Xをエンドプレート3の外側に開口させる。
As shown in FIGS. 4 to 7, the
バッテリシステムは、電池積層体2の両端部にエンドプレート3を配置し、両端のエンドプレート3をプレス機(図示せず)で加圧して、角形電池1を積層方向に加圧する状態に保持し、この状態でエンドプレート3にバインドバー4を固定して、電池積層体2を所定の締め付け圧に保持して固定する。エンドプレート3がバインドバー4に連結された後、プレス機の加圧状態は解除される。
In the battery system,
バインドバー4は、両端に設けた連結部4Pをエンドプレート3に固定している。このバインドバー4は、水平部4Xと垂直部4Yとを直角に連結してなる、横断面形状をL字状とする金属板である。バインドバー4の金属板は、鉄や鉄合金である。図6と図11のバインドバー4は、連結部4Pの端縁に端面プレート4Tを連結している。端面プレート4Tは、垂直部4Y及び水平部4Xの端縁に連結される。この端面プレート4Tは、エンドプレート3の外側面に面接触状態で接触するように、垂直部4Yと水平部4Xに対して直角に連結される。この形状のバインドバー4は、金属板をプレス加工して製作できるが、図11と図12に示すバインドバー4は、水平部4Xの外側に、突出部4Zを設けて、この突出部4Zで端面プレート4Tを形成している。図に示す突出部4Zは、水平部4Xの外側端縁に連結してなる端面プレート4Tと、この端面プレート4Tの垂直部4Y側の1辺に連結している積層部4Rとからなる。このバインドバー4は、突出部4Zの端面プレート4Tを水平部4Xに対して直角に折曲加工し、さらに、積層部4Rを端面プレート4Tに対して直角に折曲加工して、この積層部4Rを垂直部4Yに溶接して固定している。これにより、バインドバー4は、端縁に垂直姿勢の端面プレート4Tを形成している。溶接される積層部4Rは、垂直部4Yとの境界に沿って溶接され、あるいは、垂直部4Yに重ね合わせてスポット溶接などの方法で連結される。図のバインドバー4は、水平部4Xに突出部4Zを設けて、この突出部4Zを折曲加工すると共に、積層部4Rを垂直部4Yに固定して垂直姿勢の端面プレート4Tを形成するが、バインドバーは、垂直部に突出部を設けて、この突出部を折曲加工して端面プレートを設けて、積層部を水平部に溶接して固定することもできる。さらに、バインドバーは、水平部と垂直部の両方に突出部を設けて、これらの突出部を折曲加工すると共に、折曲された突出部を互いに積層して溶接して端面プレートを設けることもできる。
The
バインドバー4は、端面プレート4Tをエンドプレート3の外側面に配置し、これをエンドプレート3に係止する状態で、エンドプレート3に連結される。バインドバー4は、端面プレート4Tをエンドプレート3に係止する状態で、垂直部4Yを貫通する止ネジ24でエンドプレート3の側面に固定される。図のバインドバー4は、止ネジ24を挿通する挿通孔4bを垂直部4Yの両端部に開口しており、エンドプレート3Aは、止ネジ24をねじ込む位置に雌ねじ孔3bを設けている。
The
バインドバー4は、止ネジ24でエンドプレート3に連結されるが、さらに、車両に固定される固定フレーム9にねじ込んで固定される固定ボルト23を介してエンドプレート3に強固に固定される。固定ボルト23を挿通するために、バインドバー4は、両端の連結部4Pに、固定ボルト23を挿通する第2の貫通孔4aを、水平部4Xを貫通して設けている。バインドバー4の連結部4Pは、水平部4Xをエンドプレート3に設けている第1の貫通孔3aの開口縁部をカバーする位置として、第1の貫通孔3aに挿入される固定ボルト23を挿通する位置に第2の貫通孔4aを設けている。すなわち、バインドバー4がエンドプレート3に固定される状態で、バインドバー4の第2の貫通孔4aとエンドプレート3の第1の貫通孔3aは、直線状に配置されて、ここに固定ボルト23が挿通される。
The
固定ボルト23は、図7に示すように、上側のバインドバー4の第2の貫通孔4aから、エンドプレート3の第1の貫通孔3aを通過し、さらに、下側のバインドバー4の第2の貫通孔4aを通過して、固定フレーム9にねじ込んで固定される。固定フレーム9は、固定ボルト23をねじ込んで固定する位置に雌ねじ孔19を設けている。雌ねじ孔19は、固定フレーム9に直接に設けられ、あるいは固定フレームの下面にナットを溶接などの方法で固定して設けられる。
As shown in FIG. 7, the fixing
以上のバッテリシステム100は、バインドバー4の両端を一対のエンドプレート3に固定して、一対のエンドプレート3で電池積層体2を挟んで、各角形電池1を所定の締め付け圧で積層方向に加圧して固定する。エンドプレート3が角形電池1を加圧する圧力は、好ましくは、10kPa以上で1MPa以下に設定される。締め付け圧が弱すぎると、角形電池1の膨張を効果的に抑制できず、反対に強すぎると角形電池1の電池ケース10を損傷する弊害が発生する。とくに、電池ケース10を金属ケースとする角形電池1は、角形電池1の積層方向への電池ケース10の変形量が極めて小さく、実質的にはほとんど変化しないため、締め付け圧が弱すぎると、複数の角形電池1を確実に加圧状態に保持できず、また、締め付け圧が強すぎると角形電池1の電池ケース10が損傷する弊害が発生する。このため、締め付け圧を所定の範囲としながら、各角形電池1を積層方向に加圧して固定することは極めて大切である。したがって、締め付け圧は、角形電池1の種類や大きさ、さらに、電池ケース10の材質、形状、肉厚、大きさ、電極体の物性などを考慮して最適値に設定される。
In the
止ネジ24でバインドバー4をエンドプレート3に固定しているバッテリシステムは、エンドプレート3で電池積層体2を圧縮状態に固定している。このバッテリシステムは、角形電池1が繰り返し充放電されて次第に膨張すると、電池積層体2がエンドプレート3を加圧する圧力がさらに強くなる。この状態でエンドプレート3の間隔が広くなると、角形電池1の膨張を確実に阻止できなくなって、角形電池1の電気特性が低下して寿命が短くなる等の弊害が発生する。図4〜図7のバッテリシステムは、バインドバー4の第2の貫通孔4aと、エンドプレート3の第1の貫通孔3aに挿通される固定ボルト23を車両に固定される固定フレーム9にねじ込んで車両に固定する独特の構造で、エンドプレート3の間隔を一定に保持する。
In the battery system in which the
固定フレーム9は、上面に電池積層体2が載置されると共に、バインドバー4とエンドプレート3を貫通する固定ボルト23がねじ込まれて、電池積層体2を定位置に固定する。この固定フレーム9は、車両に固定されるフレームであって、例えば、車両のシャーシ92とすることができる。固定フレーム9を車両のシャーシ92とするバッテリシステムは、バインドバー4をエンドプレート3に固定する状態で車両に載せられ、固定ボルト23をバインドバー4の第2の貫通孔4aとエンドプレート3の第1の貫通孔3aに挿通し、固定ボルト23の先端をシャーシ92の雌ねじ孔19にねじ込んで、車両のシャーシ92に固定される。固定ボルト23は、バインドバー4をさらに強固にエンドプレート3に固定し、かつ、バインドバー4とエンドプレート3とをシャーシ92に強固に固定する。この構造は、図5と図13に示すように、バインドバー4とエンドプレート3を貫通する固定ボルト23を、車両のシャーシ92に直接に固定することで、バッテリシステム100を極めて強固に車両に固定できる。
The
なお、以上の実施形態では、固定フレーム9として、車両のシャーシ92に電池積層体2を固定する構成としているが、必ずしも車両のシャーシ92に固定する必要はない。バッテリシステムは、電池積層体が載置される固定フレームと、固定フレームとエンドプレートを固定する固定ボルトを備え、この固定ボルトが、エンドプレートとバインドバーとを、共に固定フレームに固定する構成とすればよい。例えば、バッテリシステムが収納される外装ケースや外装フレームを備える構成では、固定ボルトを介して、バインドバーとエンドプレートとを共に外装ケースや外装フレームに固定し、この外装ケースや外装フレームを車両に固定することができる。したがって、固定フレームは、電池積層体を収納する筐体である外装ケースやこの外装ケースのフレームとし、あるいは、上面に電池積層体を載置して固定可能なベースプレートやフレームとすることができる。
In the above embodiment, the
バッテリシステムは、たとえば、固定フレームとして金属製のベースプレートを製作して、このベースプートの上に電池積層体を載置すると共に、バインドバーの第2の貫通孔とエンドプレートの第1の貫通孔に挿通した固定ボルトをベースプレートの雌ねじ孔にねじ込んで電池積層体を固定フレームに固定することもできる。このバッテリシステム100は、図14に示すように、固定フレーム9であるベースプレート9Aを車両のシャーシ92に固定して、車両に固定される。
In the battery system, for example, a metal base plate is manufactured as a fixed frame, a battery stack is placed on the base plate, and the second through hole of the bind bar and the first through hole of the end plate are mounted. The battery stack can also be fixed to the fixed frame by screwing the inserted fixing bolt into the female screw hole of the base plate. As shown in FIG. 14, the
以上のバッテリシステムは、電動車両に搭載されて、電動車両を走行させるモータに電力を供給する。バッテリシステムを搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの電動車両の電源として使用される。 The above battery system is mounted on an electric vehicle and supplies electric power to a motor that runs the electric vehicle. As an electric vehicle equipped with a battery system, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used, and used as a power source for these electric vehicles. Is done.
(ハイブリッド自動車用バッテリシステム)
図13は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両HVは、車両HVを走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、モータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、バッテリシステム100の角形電池を充電する発電機94と、エンジン96、モータ93、バッテリシステム100、及び発電機94を搭載してなる車両本体90と、エンジン96又はモータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、バッテリシステム100の角形電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム100の角形電池を充電する。
(Battery system for hybrid vehicles)
FIG. 13 shows an example in which a battery system is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor. A vehicle HV equipped with the battery system shown in this figure has an
(電気自動車用バッテリシステム)
また、図14は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両EVは、車両EVを走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給するバッテリシステム100と、このバッテリシステム100の角形電池を充電する発電機94と、モータ93、バッテリシステム100、及び発電機94を搭載してなる車両本体90と、モータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えている。バッテリシステム100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、バッテリシステム100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム100の角形電池を充電する。
(Battery system for electric vehicles)
FIG. 14 shows an example in which a battery system is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor. A vehicle EV equipped with the battery system shown in this figure includes a traveling
本発明のバッテリシステムは、大電力が要求される車両のモータに電力を供給する電源装置に最適に使用される。 The battery system of the present invention is optimally used for a power supply apparatus that supplies power to a motor of a vehicle that requires a large amount of power.
100…バッテリシステム
1…角形電池
2…電池積層体 2A…第1の表面
3…エンドプレート 3A…エンドプレート
3B…エンドプレート
3a…第1の貫通孔
3b…雌ねじ孔
3X…開口部
3Xa…溝
3Xb…スリット
4…バインドバー 4X…水平部
4Y…垂直部
4Z…突出部
4P…連結部
4T…端面プレート
4R…積層部
4a…第2の貫通孔
4b…挿通孔
7…スペーサ
9…固定フレーム 9A…ベースプレート
10…電池ケース 10A…外装缶
10B…封口板
11…排出弁
12…ガス排出口
13…電極端子
14…バスバー
15…冷却溝
16…冷却隙間
19…雌ねじ孔
20…冷却プレート
23…固定ネジ
24…止ネジ
32…電池積層体
37…スペーサ 37A…露出部
90…車両本体
92…シャーシ
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
97…車輪
201…角形電池
202…電池積層体
203…エンドプレート
204…バインドバー
209…外装ケース 209A…底板
210…電池ブロック
223…固定ネジ
224…止ネジ
EV…車両
HV…車両
DESCRIPTION OF
3B ... End plate
3a ... 1st through-hole
3b ... Female screw hole
3X ... Opening
3Xa ... groove
3Xb ...
4Y ... Vertical section
4Z ... Projection
4P ... Connecting part
4T ... End plate
4R ... Laminated part
4a ... second through hole
4b ...
DESCRIPTION OF
Claims (10)
電池積層体の対向面にあって角形電池を積層方向に加圧する一対のエンドプレートと、
前記エンドプレートの上下に連結されて、エンドプレートを一定の間隔に固定してなるバインドバーとを備えるバッテリシステムであって、
さらに、電池積層体が載置されて、車両に固定される固定フレームを備え、
前記バインドバー両端に設けた連結部がエンドプレートに固定され、
前記エンドプレートは、固定ボルトを介して前記固定フレームに固定される第1の貫通孔を上面から下面に垂直方向に貫通して設けており、
前記エンドプレートの上下に連結されるバインドバーの連結部は、前記エンドプレートに設けてなる第1の貫通孔の開口部をカバーする位置にあって、前記第1の貫通孔に挿入される固定ボルトを挿通する位置に第2の貫通孔を設けており、
前記バインドバーに設けてなる第2の貫通孔と、前記エンドプレートに設けてなる第1の貫通孔に、前記固定フレームに固定される固定ボルトが挿入されて、この固定ボルトでもって、前記バインドバーが前記エンドプレートに固定されて、前記バインドバーと前記エンドプレートが車両に固定される前記固定フレームに固定されるようにしてなる車両用のバッテリシステム。 A battery laminate formed by laminating a plurality of prismatic batteries;
A pair of end plates that are on opposite surfaces of the battery stack and pressurize the square batteries in the stacking direction;
A battery system comprising a bind bar connected to the top and bottom of the end plate and fixing the end plate at a constant interval,
Furthermore, the battery stack is mounted and includes a fixed frame fixed to the vehicle,
The connecting portions provided at both ends of the bind bar are fixed to the end plate,
The end plate is provided with a first through hole that is fixed to the fixing frame via a fixing bolt, penetrating in a vertical direction from the upper surface to the lower surface,
The connecting portion of the bind bar connected to the top and bottom of the end plate is in a position that covers the opening of the first through hole formed in the end plate, and is fixed to be inserted into the first through hole. A second through hole is provided at a position where the bolt is inserted,
A fixing bolt fixed to the fixing frame is inserted into a second through hole provided in the bind bar and a first through hole provided in the end plate, and the bind bolt is used to fix the bind. A battery system for a vehicle, wherein a bar is fixed to the end plate, and the bind bar and the end plate are fixed to the fixed frame fixed to the vehicle.
前記バインドバーの水平部が角形電池の上下にあって、上下方向の移動を阻止し、バインドバーの垂直部が角形電池の両側にあって水平方向の移動を阻止してなる請求項1または2に記載される車両用のバッテリシステム。 The binding bar has a horizontal section and a vertical section connected at a right angle, and the cross-sectional shape is L-shaped, and the L-shaped binding bars are arranged at the four corners of the prismatic battery,
The horizontal part of the bind bar is above and below the rectangular battery and prevents vertical movement, and the vertical part of the bind bar is on both sides of the square battery and prevents horizontal movement. The battery system for vehicles described in 1.
前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、前記バッテリシステム及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることを特徴とするバッテリシステムを備える電動車両。 An electric vehicle comprising the battery system according to any one of claims 1 to 8,
The battery system, a travel motor powered by the battery system, a vehicle body on which the battery system and the motor are mounted, and wheels that are driven by the motor and cause the vehicle body to travel. An electric vehicle provided with the battery system characterized by the above.
前記固定フレームは、車両のシャーシであることを特徴とするバッテリシステムを備える電動車両。 An electric vehicle comprising the battery system according to claim 9,
The electric vehicle including a battery system, wherein the fixed frame is a vehicle chassis.
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