JP2016129110A - Battery module - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent amplification of vibration in a battery module which comprises battery cells and frame members stacked onto each other.SOLUTION: In a battery module 10, battery cells 12 and frame members 14 are alternatively stacked on each other. In front surfaces 14a facing the battery cells 12 in the frame members 14, a plurality of ribs 16 (protruded members) linearly extend in a width direction (Y direction) at intervals. Between the ribs 16, passages are formed through which cooling air flows. The ribs 16 are elastic members such as rubbers and sponges, and adhered against the battery cells 12 with adhesive.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、車両に搭載される電池モジュールに関する。   The present invention relates to a battery module mounted on a vehicle.

ハイブリッド自動車や電気自動車等には、車両走行用モータに供給される電力を蓄積する蓄電装置が搭載されている。この種の蓄電装置として、特許文献１には、電池セルと電池セルを保持するための枠部材とが交互に積層された電池モジュールが開示されている。枠部材には冷却用通路が形成されており、その冷却用通路に空気が流れることにより電池セルが冷却される。   A hybrid vehicle, an electric vehicle, or the like is equipped with a power storage device that stores electric power supplied to a vehicle driving motor. As this type of power storage device, Patent Document 1 discloses a battery module in which battery cells and frame members for holding the battery cells are alternately stacked. A cooling passage is formed in the frame member, and the battery cell is cooled by air flowing through the cooling passage.

特開２００９−８１０５６号公報JP 2009-81056 A

ところで、車両から電池モジュールに対して上下方向（積層方向に直交する方向）の振動が加わると、電池セルと枠部材とが離れて電池セルと枠部材との接触面積が減少し、その結果、電池モジュールの共振周波数が低下して上下方向の振動が増幅するという現象が確認されている。上下方向の振動が増幅すると、電池モジュールに加えられる力が増大するため、振動の増幅を抑制することが望まれる。   By the way, when vibration in the vertical direction (direction orthogonal to the stacking direction) is applied to the battery module from the vehicle, the battery cell and the frame member are separated from each other, and the contact area between the battery cell and the frame member is reduced. It has been confirmed that the resonance frequency of the battery module is lowered and the vertical vibration is amplified. When the vibration in the vertical direction is amplified, the force applied to the battery module increases, so that it is desired to suppress the amplification of the vibration.

本発明の目的は、電池セル及び枠部材が積層された電池モジュールにおいて、電池モジュールの振動の増幅を抑制することである。   An object of the present invention is to suppress amplification of vibration of a battery module in a battery module in which battery cells and a frame member are stacked.

本発明は、積層方向に積層された複数の電池セルを含む電池モジュールにおいて、互いに隣接する２つの電池セルの間に設置されて前記電池セルを前記積層方向に所定の間隔を保って保持する枠部材であって、互いに隣接する２つの電池セルの間に冷却用空気を流すための流路を形成するための複数のリブが設けられた枠部材と、前記電池セル及び前記枠部材を前記積層方向に拘束する拘束部材と、を備え、前記リブは弾性部材であり、前記電池セルに対して接着剤によって接着されている、ことを特徴とする電池モジュールである。   The present invention provides a battery module including a plurality of battery cells stacked in the stacking direction, and is installed between two adjacent battery cells to hold the battery cells in the stacking direction at a predetermined interval. A frame member provided with a plurality of ribs for forming a flow path for flowing cooling air between two battery cells adjacent to each other; and the battery cell and the frame member A battery module, wherein the rib is an elastic member and is adhered to the battery cell with an adhesive.

本発明によると、電池セル及び枠部材が積層された電池モジュールにおいて、電池モジュールの振動の増幅を抑制することが可能となる。   According to the present invention, in the battery module in which the battery cell and the frame member are stacked, it is possible to suppress amplification of vibration of the battery module.

本発明の実施形態に係る電池モジュールの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the battery module which concerns on embodiment of this invention. 電池モジュールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a battery module. 電池モジュールの側面図である。It is a side view of a battery module. 電池モジュールの側面図である。It is a side view of a battery module. 接触面積を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a contact area. 電池モジュールの上面図である。It is a top view of a battery module.

図１には、本発明の実施形態に係る電池モジュールの一例が示されている。電池モジュール１０は、例えば、車両走行用モータに供給される電力を蓄電する蓄電装置として用いられる。   FIG. 1 shows an example of a battery module according to an embodiment of the present invention. The battery module 10 is used as, for example, a power storage device that stores electric power supplied to a vehicle travel motor.

電池モジュール１０は、積層方向（Ｘ方向）に積層された複数の電池セル１２を含む。複数の電池セル１２は、図示しないバスバーによって互いに電気的に接続されている。電池セル１２は、例えば充放電可能な２次電池であり、一例としてリチウムイオン電池である。積層方向に隣り合う２つの電池セル１２の間には、電池セル１２を所定の間隔を保って保持するための枠部材１４が配置されている。枠部材１４は、例えば樹脂材料によって構成されている。枠部材１４において電池セル１２に対向する一方の表面又は両表面には、冷却用空気が通るエア流路が形成されている。これにより、互いに隣り合う２つの電池セル１２の間に、冷却用空気が入り込む。積層された複数の電池セル１２の組の両端には、エンドプレート１８，２０が配置されている。エンドプレート１８，２０は、複数の電池セル１２及び複数の枠部材１４を挟み込んだ状態で拘束バンド２２によって互いに結合されている。これにより、複数の電池セル１２及び複数の枠部材１４が一体的に保持される。   The battery module 10 includes a plurality of battery cells 12 stacked in the stacking direction (X direction). The plurality of battery cells 12 are electrically connected to each other by a bus bar (not shown). The battery cell 12 is a rechargeable secondary battery, for example, and is a lithium ion battery as an example. Between the two battery cells 12 adjacent to each other in the stacking direction, a frame member 14 for holding the battery cells 12 with a predetermined interval is disposed. The frame member 14 is made of, for example, a resin material. An air flow path through which cooling air passes is formed on one surface or both surfaces of the frame member 14 facing the battery cell 12. Thereby, the cooling air enters between the two battery cells 12 adjacent to each other. End plates 18 and 20 are disposed at both ends of the set of the plurality of stacked battery cells 12. The end plates 18 and 20 are coupled to each other by a restraining band 22 with the plurality of battery cells 12 and the plurality of frame members 14 sandwiched therebetween. Thereby, the some battery cell 12 and the some frame member 14 are hold | maintained integrally.

電池モジュール１０は、図示しない収容ケースの内部に収容されて固定される。例えば、電池モジュール１０における積層方向の両端部（例えばエンドプレート１８，２０）が収容ケースに固定される。電池モジュール１０と収容ケースの内側表面との間には、冷却用空気が通るエア流路が形成される。図示しない冷却ブロアによって収容ケースの内部に冷却用空気が送出される。冷却用空気は、電池モジュール１０と収容ケースとの間に形成されたエア流路、及び、枠部材１４の表面に形成されたエア流路を通る。これにより、電池セル１２が冷却される。   The battery module 10 is housed and fixed inside a housing case (not shown). For example, both end portions (for example, end plates 18 and 20) of the battery module 10 in the stacking direction are fixed to the housing case. An air flow path through which cooling air passes is formed between the battery module 10 and the inner surface of the housing case. Cooling air is sent into the housing case by a cooling blower (not shown). The cooling air passes through an air flow path formed between the battery module 10 and the housing case and an air flow path formed on the surface of the frame member 14. Thereby, the battery cell 12 is cooled.

図２は、電池モジュール１０の分解斜視図である。枠部材１４において電池セル１２に対向する一方の表面１４ａ（積層方向に直交する表面）には、互いに間隔をあけて幅方向（Ｘ方向に直交するＹ方向）に直線状に延在する複数のリブ１６（凸状部材）が設けられている。複数のリブ１６によってくし歯状の部材が構成される。隣り合う２つのリブ１６の間にエア流路が形成され、そのエア流路を冷却用空気が通る。リブ１６は、ゴムやスポンジ等の弾性体によって構成されている。なお、表面１４ａの反対側の表面１４ｂにも、表面１４ａと同様に複数のリブ１６が設けられていてもよい。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module 10. In the frame member 14, one surface 14 a (surface orthogonal to the stacking direction) facing the battery cell 12 has a plurality of linearly extending in the width direction (Y direction orthogonal to the X direction) spaced from each other. Ribs 16 (convex members) are provided. A plurality of ribs 16 form a comb-like member. An air flow path is formed between two adjacent ribs 16, and cooling air passes through the air flow path. The rib 16 is made of an elastic body such as rubber or sponge. A plurality of ribs 16 may be provided on the surface 14b opposite to the surface 14a as well as the surface 14a.

図３には、電池モジュール１０が、電池モジュール１０の側面（Ｙ方向）から見た図として示されている。枠部材１４の表面１４ａに設けられている複数のリブ１６は、電池セル１２の表面に接着剤によって接着されている。枠部材１４の表面１４ｂは電池セル１２に接触している。   FIG. 3 shows the battery module 10 as viewed from the side surface (Y direction) of the battery module 10. The plurality of ribs 16 provided on the surface 14 a of the frame member 14 are bonded to the surface of the battery cell 12 with an adhesive. The surface 14 b of the frame member 14 is in contact with the battery cell 12.

次に、図４を参照して、電池モジュール１０に対して振動が与えられた場合について説明する。図４は、電池モジュール１０の側面図である。一般的に、車両から電池モジュール１０に伝達される振動は上下方向（Ｚ方向）の振動であると想定される。電池モジュール１０に上下方向の振動が伝達されると、電池モジュール１０は上下方向に撓む。本実施形態では、リブ１６が接着材によって電池セル１２に接着されており、また、弾性体としてのリブ１６が振動に応じて積層方向（Ｘ方向）に伸びるので、電池セル１２とリブ１６とが離れにくくなり、その結果、電池セル１２と枠部材１４との接触面積の低下を抑制することが可能となる。これにより、電池モジュール１０の共振周波数の低下を抑制し、電池モジュール１０に伝達される振動の増幅を抑制することが可能となる。その結果、振動に対する電池モジュール１０の強度を維持することが可能となる。以下、この点について詳しく説明する。   Next, with reference to FIG. 4, a case where vibration is applied to the battery module 10 will be described. FIG. 4 is a side view of the battery module 10. In general, the vibration transmitted from the vehicle to the battery module 10 is assumed to be vibration in the vertical direction (Z direction). When the vertical vibration is transmitted to the battery module 10, the battery module 10 bends in the vertical direction. In this embodiment, the rib 16 is bonded to the battery cell 12 with an adhesive, and the rib 16 as an elastic body extends in the stacking direction (X direction) in response to vibration. As a result, it is possible to suppress a decrease in the contact area between the battery cell 12 and the frame member 14. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the resonant frequency of the battery module 10 and to suppress amplification of vibration transmitted to the battery module 10. As a result, it is possible to maintain the strength of the battery module 10 against vibration. Hereinafter, this point will be described in detail.

電池モジュール１０における積層方向の両端部（例えばエンドプレート１８，２０）が収容ケースに固定されている場合、電池モジュール１０を「梁」としてみなすことができる。この場合、電池モジュール１０の共振周波数ｆｎは以下の式（１）で表すことができる。

Figure 2016129110
When both end portions (for example, end plates 18 and 20) of the battery module 10 in the stacking direction are fixed to the housing case, the battery module 10 can be regarded as a “beam”. In this case, the resonance frequency f n of the battery module 10 can be expressed by the following formula (1).
Figure 2016129110

ここで、ｋｎは、境界条件と振動モードとによって決定される係数である。
Ｅは、縦弾性係数（ヤング率）である。
Ｉは、電池セル１２と枠部材１４とが接触している部分の断面二次モーメントである。
Ａは、電池セル１２と枠部材１４とが接触している部分の面積（接触面積）であり、図5に示すように、接触部分の幅ｂ（Ｙ方向の長さ）と高さｈ（Ｚ方向の長さ）との積（ｂ×ｈ）で表される。
ρは、電池モジュール１０の密度である。
Ｌは、電池モジュール１０の長さ（積層方向の長さ）である。 Here, k n is a coefficient determined by the boundary conditions and the vibration mode.
E is a longitudinal elastic modulus (Young's modulus).
I is the moment of inertia of the cross section of the portion where the battery cell 12 and the frame member 14 are in contact.
A is the area (contact area) of the part where the battery cell 12 and the frame member 14 are in contact, and as shown in FIG. 5, the width b (the length in the Y direction) and the height h ( (The length in the Z direction) and the product (b × h).
ρ is the density of the battery module 10.
L is the length of the battery module 10 (the length in the stacking direction).

また、電池モジュール１０を「梁」としてみなした場合、断面二次モーメントＩは以下の式（２）で表される。
Ｉ＝ｂｈ３／１２・・・（２） Further, when the battery module 10 is regarded as a “beam”, the cross-sectional secondary moment I is expressed by the following formula (2).
I = bh 3/12 ··· ( 2)

上記の式（２）及び接触面積Ａ（＝ｂ×ｈ）から、Ｉ／Ａは以下の式（３）で表される。
Ｉ／Ａ＝ｈ２／１２・・・（３） From the above formula (2) and the contact area A (= b × h), I / A is represented by the following formula (3).
I / A = h 2/12 ··· (3)

上下方向（Ｚ方向）の振動によって電池モジュール１０が上下方向に撓むことにより、電池セル１２と枠部材１４とが上下方向において離れやすくなる。この場合においては、接触面積の幅ｂ（Ｙ方向の長さ）は一定であるとみなすことができ、接触面積の高さｈ（Ｚ方向の長さ）が小さくなると評価することができる。幅ｂが一定であるとみなすと、上記の式（２）、（３）において、断面二次モーメントＩ及び接触面積Ａは高さｈに依存することになる。振動によって高さｈが小さくなると、Ｉ／Ａが小さくなる。それ故、共振周波数ｆｎが低くなり、上下方向の振動が増幅することになる。 When the battery module 10 is bent in the vertical direction by the vibration in the vertical direction (Z direction), the battery cell 12 and the frame member 14 are easily separated in the vertical direction. In this case, it can be considered that the width b (length in the Y direction) of the contact area is constant, and it can be evaluated that the height h (length in the Z direction) of the contact area becomes small. Assuming that the width b is constant, in the above formulas (2) and (3), the sectional secondary moment I and the contact area A depend on the height h. When the height h decreases due to vibration, the I / A decreases. Therefore, the resonance frequency f n is lowered, so that the vertical vibration is amplified.

本実施形態によると、リブ１６が電池セル１２に対して接着剤によって接着されているので、電池セル１２とリブ１６とが離れにくくなる。また、振動に応じて弾性体としてのリブ１６が積層方向（Ｘ方向）に伸びるので、電池セル１２と枠部材１４との接触面積の低下（上記の高さｈの低下）を抑制することが可能となる。すなわち、電池モジュール１０が撓んだときに、電池セル１２と枠部材１４とが上下方向において離れにくくなるので、電池セル１２と枠部材１４との接触面積の低下を抑制することが可能となる。それ故、電池モジュール１０の共振周波数の低下を抑制することが可能となり、その結果、上下方向の振動の増幅を抑制することが可能となる。これにより、振動によって電池モジュール１０に加えられる力の増大を抑制することが可能となる。   According to this embodiment, since the rib 16 is bonded to the battery cell 12 with the adhesive, the battery cell 12 and the rib 16 are hardly separated. Moreover, since the rib 16 as an elastic body extends in the stacking direction (X direction) in response to vibration, it is possible to suppress a decrease in the contact area between the battery cell 12 and the frame member 14 (a decrease in the height h described above). It becomes possible. That is, when the battery module 10 is bent, the battery cell 12 and the frame member 14 are less likely to be separated in the vertical direction, so that it is possible to suppress a decrease in the contact area between the battery cell 12 and the frame member 14. . Therefore, it is possible to suppress a decrease in the resonance frequency of the battery module 10, and as a result, it is possible to suppress amplification of vibration in the vertical direction. Thereby, it becomes possible to suppress an increase in force applied to the battery module 10 by vibration.

本実施形態では、複数のリブ１６の全部が接着剤によって電池セル１２の表面に接着されてもよいし、複数のリブ１６の一部が接着剤によって電池セル１２の表面に接着されてもよい。ここで、図６を参照して、一部のリブ１６が電池セル１２に接着される場合について説明する。図６には、枠部材１４が、積層方向（Ｘ方向）から見た図として示されている。例えば、複数のリブ１６の中で高さ方向（Ｚ方向）の最上部及び最下部に形成されているリブ１６（ハッチング部分）が、接着剤によって電池セル１２の表面に接着されている。電池モジュール１０に対して上下方向（Ｚ方向）の振動が与えられた場合、電池モジュール１０が上下方向に撓む。そのため、電池モジュール１０の上部又は下部において、電池セル１２とリブ１６とが離れやすくなり、その部分における電池セル１２と枠部材１４との接触面積が低下しやすくなる。これに対処するために、最上部及び最下部のリブ１６を接着剤によって電池セル１２に接着することにより、上部及び下部において電池セル１２とリブ１６とが離れにくくなる。その結果、電池セル１２と枠部材１４との接触面積の低下を効果的に抑制することが可能となる。   In the present embodiment, all of the plurality of ribs 16 may be bonded to the surface of the battery cell 12 with an adhesive, or some of the plurality of ribs 16 may be bonded to the surface of the battery cell 12 with an adhesive. . Here, with reference to FIG. 6, the case where some ribs 16 are adhere | attached on the battery cell 12 is demonstrated. FIG. 6 shows the frame member 14 as viewed from the stacking direction (X direction). For example, among the plurality of ribs 16, ribs 16 (hatched portions) formed at the top and bottom in the height direction (Z direction) are bonded to the surface of the battery cell 12 with an adhesive. When vibration in the vertical direction (Z direction) is applied to the battery module 10, the battery module 10 bends in the vertical direction. Therefore, in the upper part or the lower part of the battery module 10, the battery cell 12 and the rib 16 are easily separated, and the contact area between the battery cell 12 and the frame member 14 in the part is likely to be reduced. In order to cope with this, by bonding the uppermost and lowermost ribs 16 to the battery cells 12 with an adhesive, the battery cells 12 and the ribs 16 are hardly separated at the upper and lower portions. As a result, it is possible to effectively suppress a decrease in the contact area between the battery cell 12 and the frame member 14.

また、本実施形態によると、別の部品を利用せずに、振動に対する電池モジュール１０の強度を維持することが可能となる。それ故、電池モジュール１０のコスト及び重量の増加を防止することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the strength of the battery module 10 against vibration can be maintained without using another component. Therefore, it is possible to prevent an increase in cost and weight of the battery module 10.

また、振動時にリブ１６が積層方向（Ｘ方向）に伸びてリブ１６が電池セル１２から離れにくくなるため、電池セル１２と枠部材１４との間に隙間が発生し難くなる。それ故、リブ１６によって形成されるエア流路からの空気漏れを抑制することが可能となる。その結果、電池セル１２を冷却用空気によって効果的に冷却することが可能となる。   In addition, the ribs 16 extend in the stacking direction (X direction) during vibration and the ribs 16 are unlikely to be separated from the battery cells 12, so that a gap is hardly generated between the battery cells 12 and the frame member 14. Therefore, it is possible to suppress air leakage from the air flow path formed by the ribs 16. As a result, the battery cell 12 can be effectively cooled by the cooling air.

１０ 電池モジュール、１２ 電池セル、１４ 枠部材、１６ リブ、１８，２０ エンドプレート、２２ 拘束バンド。   10 Battery module, 12 Battery cell, 14 Frame member, 16 Rib, 18, 20 End plate, 22 Restraint band.

Claims (1)

積層方向に積層された複数の電池セルを含む電池モジュールにおいて、
互いに隣接する２つの電池セルの間に設置されて前記電池セルを前記積層方向に所定の間隔を保って保持する枠部材であって、互いに隣接する２つの電池セルの間に冷却用空気を流すための流路を形成するための複数のリブが設けられた枠部材と、
前記電池セル及び前記枠部材を前記積層方向に拘束する拘束部材と、
を備え、
前記リブは弾性部材であり、前記電池セルに対して接着剤によって接着されている、
ことを特徴とする電池モジュール。 In a battery module including a plurality of battery cells stacked in the stacking direction,
A frame member that is installed between two battery cells adjacent to each other and holds the battery cells at a predetermined interval in the stacking direction, and allows cooling air to flow between the two battery cells adjacent to each other. A frame member provided with a plurality of ribs for forming a flow path for
A restraining member for restraining the battery cell and the frame member in the stacking direction;
With
The rib is an elastic member, and is bonded to the battery cell with an adhesive.
A battery module.
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