JP2016015253A - 蓄電モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】カバー部材を利用し、ガスの排出経路を確保した蓄電素子の固定構造を備えつつ、排出経路を流れるガスの温度低減を図る。【解決手段】本発明の蓄電モジュールは、複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部を有し、各蓄電素子の一端を保持するホルダと、蓄電素子の一方の電極を構成するとともに蓄電素子内で発生したガスを外部に排出するための排出弁が設けられる第1端部に接続され、基端部から第1端部に突出する第1接続部を含む第1バスバーと、蓄電素子の他方の電極を構成する第2端部に接続される第2接続部を含む第2バスバーと、第1バスバー側に設けられ、ガスの排出経路を形成するための金属製のカバー部材と、カバー部材と第1バスバーとの間に配置される複数のスペーサーと、を有する。スペーサーは、絶縁材で形成されているとともに、カバー部材と第1バスバーとに挟まれて基端部と接触している。【選択図】図2

Description

本発明は、電気的に接続された複数の蓄電素子を有する蓄電モジュールに関する。
特許文献1には、複数の円筒型電池で構成した電池モジュールが開示されている。円筒型電池には、電池異常に伴って内部から発生するガスを電池外部に排出するための排出弁が設けられている。電池モジュールは、排出弁が設けられる円筒型電池の底部(電極)とバスバーとを接続する空間に、ガスの排出経路を備えている。
特開2010−113999号公報 特開2012−234698号公報
複数の円筒型電池を有する電池モジュールは、特許文献2のように、ホルダに埋め込んで固定することができる。円筒型電池の長さ方向の両端部には、複数の接続部が形成された平面形状のバスバーが設けられ、各円筒型電池を並列に接続している。
このとき、円筒型電池に振動が加わると、例えば、ホルダに対して円筒型電池が長さ方向に移動し、バスバーに応力が加わる。このため、ホルダへの円筒型電池の固定を強固にするために、例えば、円筒型電池の排出弁側に設けられるカバー部材で、バスバーをホルダ側に押すように固定することが考えられる。
しかしながら、カバー部材(排煙カバー)とバスバーとの間のスペースが狭くなり、ガスの排出経路を確保し難い。また、バスバーの短絡防止の観点から、カバー部材を樹脂等の熱伝導性が低い絶縁材で形成しなければならないため、排出経路を流れるガスの温度低減を図り難い。
そこで、本発明は、蓄電素子から発生するガスの排出経路を確保しつつ、ホルダに保持される複数の蓄電素子を、カバー部材を利用して固定する固定構造を備えるとともに、排出経路を流れるガスの温度低減を図ることができる蓄電モジュールを提供することを目的とする。
本発明の蓄電モジュールは、所定方向に延びて、所定方向と直交する平面内で並んで配置された複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部を有し、各蓄電素子の一端を保持するホルダと、ホルダに挿入される蓄電素子の一端側において蓄電素子の一方の電極を構成するとともに蓄電素子内で発生したガスを外部に排出するための排出弁が設けられる第1端部に接続され、平面内に延びる板状の基端部から第1端部に突出する第1接続部が、平面内に並ぶ各蓄電素子に対応して複数形成された第1バスバーと、蓄電素子の他端側であって蓄電素子の他方の電極を構成する第2端部に接続される第2接続部が、平面内に並ぶ各蓄電素子に対応して複数形成された第2バスバーと、第1バスバーを介して平面内に並ぶ各蓄電素子の第1端部側を覆い、ガスの排出経路を形成するための金属製のカバー部材と、カバー部材と第1バスバーとの間に配置され、平面内に複数設けられるスペーサーと、を有する。そして、スペーサーは、絶縁材で形成されているとともに、カバー部材と第1バスバーとに挟まれて基端部と接触している。
本発明によれば、絶縁材で形成されるスペーサーが、金属製のカバー部材と第1バスバーとの間に配置されるので、第1バスバーとカバー部材と絶縁しつつ、ガスの排出経路を確保することができ、カバー部材と第1バスバーとに挟まれるスペーサーが、第1バスバーの基端部に接触するので、カバー部材によって第1バスバーをホルダに押し付けるように固定することができる。
したがって、蓄電素子から発生するガスの排出経路を確保しつつ、ホルダに保持される複数の蓄電素子がスペーサーを介してカバー部材によって固定される固定構造とすることができ、かつ金属製のカバー部材と第1バスバーとの絶縁性を確保することができるので、排出経路を流れるガスに対する耐熱性及び排出経路を流れるガスの温度低減を向上させつつ、蓄電素子のホルダへの固定を強固にすることができる。
実施例1において、電池モジュールの外観斜視図である。 図1のA−A断面図である。 図1のB方向から見た電池モジュールの底面の概略図である。
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
本発明の実施例1である電池モジュール(蓄電モジュールに相当する)について説明する。本実施例の電池モジュール1は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に搭載することができ、走行用モータに電力を供給する電源装置として使用される。
図1は、本実施例である電池モジュール1の外観斜視図であり、図2は、図1に示した電池モジュール1のA−A断面図である。また、図3は、図1の電池モジュール1を矢印B方向から見た底面の概略図である。これらの図において、X軸、Y軸およびZ軸は、互いに直交する軸である。本実施例では、鉛直方向に相当する軸をZ軸としている。X軸、Y軸およびZ軸の関係は、他の図面においても同様である。
電池モジュール1は、複数の単電池(蓄電素子に相当する)10を有する。単電池10は、いわゆる円筒型電池であり、円筒状に形成された電池ケースの内部に発電要素が収容されている。単電池10としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。
図2に示すように、単電池10は、Z方向に延びており、単電池10の長手方向(Z方向)における両端には、正極端子11および負極端子12が設けられている。単電池10の外装である電池ケースは、ケース本体および蓋体によって構成することができ、円筒状に形成されたケース本体に発電要素を収容し、蓋体によって塞ぐことで単電池10を構成することができる。
蓋およびケース本体の間には、絶縁材で形成されたガスケットが配置されている。蓋は、発電要素の正極板が電気的に接続されており、単電池10の正極端子11として用いられる。ケース本体は、発電要素の負極板が電気的に接続されており、単電池10の負極端子12として用いられる。本実施例では、Z方向において蓋(正極端子11)と対向するケース本体の端面を、負極端子12として用い、Z方向両端において正極端子11及び負極端子12が位置している。
電池モジュール1を構成するすべての単電池10は、図2に示すように、正極端子11が上方に位置するように配置されている。すべての単電池10の正極端子11は、同一平面内(X−Y平面内)において並んで配置されており、負極端子12も同様である。
各単電池10は、保持部材であるホルダ20によって保持される。ホルダ20は、各単電池10が挿入される開口部21を有している。開口部21は、単電池10の外周面に沿った形状(具体的には、円形状)に形成されており、単電池10の数だけ設けられている。ホルダ20は、例えば、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材や熱伝導性に優れた樹脂材で形成することができる。なお、ホルダ20の開口部21および単電池10の間には、樹脂などの絶縁材によって形成された絶縁体を配置することができる。
本実施例のホルダ20は、X方向端部に固定部22が設けられる。電池モジュール1が固定される設置面や電池ケースなどにボルト等の締結部材によって固定部を介して固定される。例えば、車両に搭載する場合、固定部22を用いて、電池モジュール1を車両ボディに固定することができる。
固定部22は、開口部21が形成される領域よりもZ方向下方に突出するように設けられており、開口部21が形成される領域と設置面等の間に、後述する第1バスバー40及びカバー部材60が配置されるスペースを形成する。なお、このスペースは、単電池10の負極端子12側に設けられた排出弁120から排出されるガスを排気するための排気経路Sのスペースとなる。
モジュールケース30は、X−Y平面内において、ホルダ20によって保持される複数の単電池10を囲む形状に形成されており、モジュールケース30の内側に複数の単電池10が収容される。モジュールケース30は、樹脂などの絶縁材で形成することができ、単電池10の正極端子11側に位置する上面には、複数の開口部31が形成されている。開口部31は、単電池10の正極端子11側の端部が挿入される。
また、モジュールケース30のY方向における側面には、通風口としてスリット32が複数形成されている(図1参照)。スリット32は、所定の間隔を空けてモジュールケース30の側面それぞれに形成することができ、例えば、冷却風をX方向の一側面のスリット32から流入させ、他側面のスリット32から流出させて単電池10を冷却することができる。
このように単電池10の負極端子12側の領域は、ホルダ20の開口部21によって、X−Y平面内で位置決めされ、単電池10の正極端子11側の領域は、モジュールケース30の開口部31によって、X−Y平面で位置決めされる。単電池10の長手方向(Z方向)における両端が、ホルダ20及びモジュールケース30によってそれぞれ位置決めされており、X−Y平面内で隣り合う2つの単電池10が互いに接触してしまうことを防止している。
本実施例の電池モジュール1は、図2及び図3に示すように、設置面に固定されるホルダ20をベースに、単電池10の負極端子12側の端部が各開口部21に挿入され、各単電池10がホルダ20からZ方向上方に直立した状態で設けられる。そして、ホルダ20からZ方向下方に突出した単電池10の各負極端子12側には、バスバー40(第1バスバーに相当する)が設けられ、負極端子12が接続部41(第1接続部に相当する)と接続される。また、モジュールケース30の開口部からZ方向上方に突出した単電池10の正極端子11側には、バスバー50(第2バスバーに相当する)が設けられ、正極端子11が接続部51(第2接続部に相当する)と接続される。
図2に示すように、接続部41は、Z方向において負極端子12と対向する位置に設けられており、負極端子12および接続部41は、溶接などによって接続することができる。負極バスバーであるバスバー40全体は、複数の各単電池10の負極の電荷を帯びている。
複数の単電池10における各負極端子12は、ホルダ20のZ方向下側端面に位置しており、開口部21から露出する負極端子12とバスバー40とが接続される。バスバー40は、金属といった、導電性を有する材料で形成されている。バスバー40は、単電池10の各負極端子12と接続される接続部41を複数有しており、接続部41は、X−Y平面において単電池10(負極端子12)の数だけ設けられている。
本実施例のバスバー40は、Z方向を厚み(板厚)方向とした平面状の板状部材をプレス打ち抜き加工することで形成することができ、単電池10(負極端子12)の配列位置に対応する各位置に、複数の接続部41が所定間隔を空けて形成されている(図3参照)。バスバー40は、Z方向において複数の単電池10(負極端子12)に対して所定距離離間して配置され、板状部材(基端部42)からZ方向に突出した接続部41が単電池10の負極端子12に溶接接続される。
本実施例のバスバー50の接続部51は、Z方向において正極端子11と対向する位置に設けられており、正極端子11および接続部51は、溶接などによって接続することができる。正極バスバーであるバスバー50全体は、複数の各単電池10の正極の電荷を帯びている。
バスバー50は、平面状の板状部材をプレス加工(打ち抜き加工や曲げ加工等)することにより形成することができる。接続部51は、板状部材(基端部52)から単電池10の正極端子11に向かって突出した形状に形成されている。単電池10(正極端子11)の配列位置に対応する各位置に、複数の接続部51が所定間隔を空けて形成されている。
バスバー50は、Z方向において複数の単電池10(正極端子11)に対して所定距離離間して配置され、板状部材からZ方向に突出した接続部51が単電池10の正極端子11に接続される。
本実施例のバスバー50に形成される接続部51は、単電池10の正極端子11と電気的に接続される接続部であるとともに、所定値以上の電流が流れた際に溶断して単電池10(正極端子11)との電気的な接続を遮断するヒューズとして用いられる。接続部51は、例えば、バスバー40の接続部41よりも幅が小さく形成され、溶断特性に対する上限電流値が低くなるように構成されている。
本実施例の複数の単電池10は、単電池10の正極端子11(又は負極端子12)の向きが、Z方向において同じ向きとなるように並んで配置され、負極端子12それぞれに対して1つのバスバー40(第1バスバー)が接続され、単電池10の正極端子11それぞれに対して1つのバスバー50(第2バスバー)が接続することにより、複数の単電池10が電気的に並列に接続されている。なお、バスバー40,50の各接続部以外の領域は、絶縁フィルム等で覆うことができる。
図3に示すように、電池モジュール1は、15本の各単電池10をバスバー40,50で並列に接続して1つの電池ブロックを構成し、各電池ブロックを直列に接続して構成されている。Y方向に並んで配置される一方の電池ブロックのバスバー40のリード部が、隣り合う他方の電池ブロックのバスバー50のリード部と接続されることで、各電池ブロックを直列に接続することができる。なお、すべての単電池10が並列に接続された電池ブロックで電池モジュールを構成することもできる。
電池モジュール1の上面側には、バスバー50を上方から覆うカバー部材70が設けられている。カバー部材70は、X−Y平面に延び、単電池10の正極端子11(第2端部に相当する)が露出するモジュールケース30の上面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材70は、例えば、モジュールケース30に固定することができ、モジュールケース30と同様に、樹脂等で形成することができる。
一方、電池モジュール1の下面側には、バスバー40を覆うカバー部材60が設けられている。カバー部材60も、X−Y平面に延び、単電池10の負極端子12が露出するホルダ20の下面全体を覆う形状に形成されている。カバー部材60は、X−Y平面内に並ぶ単電池10の負極端子12(第1端部に相当する)側を覆い、ガスの排出経路Sを形成するための金属製の部材である。カバー部材60は、例えば、図1に示すように、ホルダ20の側面に係止される係止部61を備えることができる。係止部61は、X−Y平面においてバスバー40を覆う蓋部62の端部の一部をZ方向に延設して形成することができる。
カバー部材60は、係止部61によってホルダ20に固定されるとともに、図3に示すように、X−Y平面においてZ方向を締結方向とする締結部64を備え、締結部64を介して締結部材によりホルダ20に固定されるように構成することができる。
本実施例の単電池10は、単電池10内部で発生するガスを外部に排出するための排出弁120が設けられている。排出弁120は、負極端子12を構成するケース本体の底部に設けることができる。排出弁120は、例えば、破断弁であり、図2に示すように、負極端子12を構成するケース本体の底部に溝121,122を形成し、ガスの発生によって高くなる内圧に対して溝121,122からケース本体の底部が破断することで、内部のガスを単電池10の外部に排出することができる。
電池モジュール1の下面において、バスバー40が配置される領域の周囲には、壁部90が設けられている。壁部90は、シール部であり、壁部90の端部は、カバー部材60の蓋部62の内側と接触し、ホルダ20及びカバー部材60で構成される排出経路Sを密閉している。
排出弁120を介して単電池10内部から排出されたガスは、Z方向においてカバー部材60の蓋部62の内側に接触し、カバー部材60の略中央部位に形成された排出口63に導かれる。排出口63には、排気ホースなどを設けることができ、排出口63から排出されるガスを、排気ホースを介して車外に排出することができる。
なお、本実施例では、カバー部材60が金属材で形成されている。このため、高温状態のガスが、排気口63まで流れる間に、カバー部材60と接触することで冷却され、排気口63から排出されるガスの温度を低減させることができる。
そして、本実施例では、排気経路S内において、カバー部材60とバスバー40との間に、スペーサー80が設けられている。スペーサー80は、図2に示すように凸形状の突起部であり、X−Y平面内に複数設けられる。
スペーサー80は、絶縁材で構成することができ、その形状は、例えば、円柱形状に形成することができる。スペーサー80は、バスバー40と接触する端面が、所定の断面積を有するにように構成することができる。なお、スペーサー80は、カバー部材60及びバスバー40と別体で構成したり、カバー部材60の蓋部62の内側やバスバー40にそれぞれ接着剤等で予め固定したりして設けてもよい。また、スペーサー80の形状は、任意の形状とすることができる。
図3の例において、ハッチングされた円形部分がスペーサー80であり、スペーサー80は、バスバー40の基端部42(接続部41が形成されていない板状部分)と接触している。そして、図2の例のように、カバー部材60とバスバー40との間に挟まれる各スペーサー80は、Z方向においてホルダ20側にバスバー40を押し付けるように、バスバー40を保持している。
スペーサー80のZ方向の高さは、Y方向の延びる排気経路SのZ方向の高さに応じてそれぞれ形成されている。例えば、X−Y平面に延びるカバー部材60のZ方向の高さに応じて、各スペーサー80の高さを規定することができる。なお、図2の例では、Y方向中央部位と端部部位とで、スペーサー80の高さが異なっているが、カバー部材60に形状に応じて同一の高さであってもよい。
また、スペーサー80のZ方向高さは、カバー部材60がホルダ20に固定された際に、カバー部材60によってスペーサー80が押圧される高さに形成することができる。このように構成することで、スペーサー80によってZ方向上方に所定の圧力が加わり、バスバー40がホルダ20に押し付けられる力を発生させることができ、ホルダ20に固定される単電池10を、カバー部材60を利用して強固に固定することができる。なお、複数のスペーサー80は、X−Y平面に延びる排出経路Sにおいて任意の位置及び間隔で配置することができる。
このように本実施例の電池モジュール1は、絶縁材で形成されるスペーサー80が、金属製のカバー部材60とバスバー40との間に配置されるので、バスバー40とカバー部材60と絶縁しつつ、ガスの排出経路Sを確保することができ、カバー部材60とバスバー40とに挟まれるスペーサー80が、バスバー40の基端部42に接触するので、カバー部材60によってバスバー40をホルダ20に押し付けるように固定することができる。
したがって、単電池10から発生するガスの排出経路Sを確保しつつ、ホルダ20に保持される複数の単電池10がスペーサー80を介してカバー部材60によって固定される固定構造とすることができ、かつ金属製のカバー部材60とバスバー40との絶縁性を確保することができるので、排出経路Sを流れるガスに対する耐熱性及び排出経路を流れるガスの温度低減を向上させつつ、単電池10のホルダ20への固定を強固にすることができる。
また、X−Y平面に延びる排出経路Sにおいて配置される複数のスペーサー80は、ガスが排気口63まで導かれる経路を邪魔する迂回手段として機能する。このため、流動するガスの経路長を長くすることができ、金属製のカバー部材60との接触時間を長くすることができ、ガスの温度低減をより向上させることができる。また、ガスがスペーサー80に衝突することで、乱流を発生させることができ、排出経路S内での温度低減をより向上させることができる。
1:電池モジュール(蓄電モジュール)
10:単電池(蓄電素子)
11:正極端子
12:負極端子
20:ホルダ
21:開口部
30:モジュールケース
31:開口部
40:バスバー(第1バスバー)
41:接続部(第1接続部)
42:基端部
50:バスバー(第2バスバー)
51:接続部(第2接続部)
60:カバー部材
70:カバー部材
80:スペーサー
90:壁部
120:排出弁
121,122:溝

Claims (1)

  1. 所定方向に延びて、前記所定方向と直交する平面内で並んで配置された複数の蓄電素子と、
    前記複数の蓄電素子それぞれが挿入される複数の開口部を有し、前記各蓄電素子の一端を保持するホルダと、
    前記ホルダに挿入される前記蓄電素子の一端側において前記蓄電素子の一方の電極を構成するとともに前記蓄電素子内で発生したガスを外部に排出するための排出弁が設けられる第1端部に接続され、前記平面内に延びる板状の基端部から前記第1端部に突出する第1接続部が、前記平面内に並ぶ前記各蓄電素子に対応して複数形成された第1バスバーと、
    前記蓄電素子の他端側であって前記蓄電素子の他方の電極を構成する第2端部に接続される第2接続部が、前記平面内に並ぶ前記各蓄電素子に対応して複数形成された第2バスバーと、
    前記第1バスバーを介して前記平面内に並ぶ前記各蓄電素子の前記第1端部側を覆い、前記ガスの排出経路を形成するための金属製のカバー部材と、
    前記カバー部材と前記第1バスバーとの間に配置され、前記平面内に複数設けられるスペーサーと、を有し、
    前記スペーサーは、絶縁材で形成されているとともに、前記カバー部材と前記第1バスバーとに挟まれて前記基端部と接触していることを特徴とする蓄電モジュール。
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