JP2017010779A - 組電池 - Google Patents

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Toshiyuki Motohashi
季之 本橋
哲 佐久間
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哲 佐久間
祐一郎 野村
Yuichiro Nomura
祐一郎 野村
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Abstract

【課題】セルスタックアセンブリの水没を防止し、さらに衝突荷重に耐えることができる組電池を提供する。【解決手段】底面(110b)に当接して配置された第1のセルスタックアセンブリ(200)と、第1のセルスタックアセンブリ(200)と並べて、底面(110b)に当接して配置された第2のセルスタックアセンブリ(300)と、を備える組電池(100)であって、底面(110b)は、第1のセルスタックアセンブリ(200)及び第2のセルスタックアセンブリ(300)と当接するセル設置部(110c、110d)の高さ(Hc、Hd)が、水溜部(110f)の高さ(Hf)よりも高く、第1セルスタックアセンブリ(200)と第2セルスタックアセンブリ(300)との間の底面に第1の板厚部(110g)を有することを特徴とする。【選択図】図4

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される組電池に関する。
従来、車両等に搭載される組電池は、車両が水に浸かって水没することや、車両への大きな衝突荷重が加わる等の恐れがある。そこで従来は、車両が水に浸かる場合に備え、電源装置の収容ケース内に水没センサを設け、当該収容ケースに収容される電池モジュール(セルスタックアセンブリ)の水没を適正に検知する技術が開示されている(例えば特許文献1)。
特開2014−013723号公報
しかしながら、特許文献1に開示された組電池は、セルスタックアセンブリの水没を検知できるものの、水没を防止すること自体を考慮したものではなかった。また衝突荷重に耐えるための強度について考慮したものではなかった。
従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、セルスタックアセンブリの水没を防止し、さらに衝突荷重に耐えることができる強度も備える組電池を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明の第1の観点に係る組電池は、
底面を有する筐体と、
前記底面に当接して配置された第1のセルスタックアセンブリと、
前記第1のセルスタックアセンブリと並べて、前記底面に当接して配置された第2のセルスタックアセンブリと、
を備える組電池であって、
前記筐体の前記底面は、前記第1のセルスタックアセンブリ及び前記第2のセルスタックアセンブリと当接するセル設置部の高さが、前記第1のセルスタックアセンブリ及び前記第2のセルスタックアセンブリを配置していない水溜部の高さよりも高く、
前記第1のセルスタックアセンブリと前記第2のセルスタックアセンブリとの間の底面に第1の板厚部を有することを特徴とする。
また本発明の第2の観点に係る組電池は、
前記第1のセルスタックアセンブリのバッテリ端子及び前記第2のセルスタックアセンブリのバッテリ端子は、前記第1の板厚部側に設けられていることを特徴とする。
また本発明の第3の観点に係る組電池は、
前記組電池は、前記底面に当接して配置されたMOSFETを備え、
前記底面のうち前記MOSFETが当接する部分に第2の板厚部を有することを特徴とする。
また本発明の第4の観点に係る組電池は、
前記セル設置部の裏面に肉抜き部を設けたことを特徴とする。
また本発明の第5の観点に係る組電池は、
前記裏面に、前記第1の板厚部と一直線上に並ぶリブを設けたことを特徴とする。
本発明の第1の観点に係る組電池によれば、組電池内のセルスタックアセンブリの水没を防止し、さらに衝突荷重に耐えることができる。
また本発明の第2の観点に係る組電池によれば、バッテリ端子が向き合う部分に第1の板厚部を設けて当該部分の強度を高めることにより、衝突荷重に耐えることができる。
また本発明の第3の観点に係る組電池によれば、組電池内のMOSFETの冷却のための熱容量を確保することができる。
また本発明の第4の観点に係る組電池によれば、組電池の強度を確保しつつ軽量化を図ることができる。
また本発明の第5の観点に係る組電池によれば、リブにより強度を高めることで、より衝突荷重に耐えることができる。
本発明の一実施形態に係る電源装置の内部を示す外観斜視図である。 図1に示す電源装置の内部の部品ごとの分解斜視図である。 図1に示す電源装置を含む電源システムの概略を示す機能ブロック図である。 図1に示す電源装置の筐体110の上面図である。 図1に示す電源装置の筐体110の下面図である。 図4に示す筐体110のA−A’断面図である。 図4に示す筐体110のB−B’断面図である。 図4に示す筐体110のC−C’断面図である。 図4に示す筐体110のD−D’断面図である。 電源装置の筐体110の作用を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電源装置の内部を示す外観斜視図である。電源装置100(組電池100)は、上面110a側が開口となっている筐体110と、筐体110の上面110a側を覆うことが可能な図示しない蓋とにより構成され、図1は、蓋を外した状態の電源装置100を示している。筐体110は、例えばアルミニウム等の金属で構成される。筐体110と蓋とは、エチレンプロピレンジエン(EPDM:ethylene-propylene-diene monomer)ゴム等のゴム製のシールを挟んで、ねじ又はクランプ等の適宜の方法により接合され、筐体110の上面110a側が蓋で覆われることにより、電源装置100を構成する。電源装置100は内部に必要な部品を備え、これらの部品は、電気的に接続されているが、図1では、理解を容易にするため、配線の記載を省略している。本実施形態において、電源装置100は、内燃機関を備えた車両、あるいは内燃機関と電動機との双方の動力で走行可能なハイブリッド車等の車両に搭載されて使用されるものとして説明するが、電源装置100の用途は車両で使用されるものに限られない。
図2は、図1に示す電源装置100の内部の部品ごとの分解斜視図である。図1及び図2に示すように、筐体110内には、1つの面にバスバプレート210を備える略直方体形状の4セルスタックアセンブリ200と、1つの面にバスバプレート310を備える略直方体形状の1セルスタックアセンブリ300とが、バスバプレート210とバスバプレート310とが互いに向かい合うように配置されている。本実施形態において、4セルスタックアセンブリ200と、1セルスタックアセンブリ300とは、それぞれ上部に備える拘束板220及び320に設けられた穴221及び321に、ねじを貫通させて、当該ねじを筐体110内部に設けられたねじ穴111にねじ止めすることにより、筐体110に固定される。なお4セルスタックアセンブリ200及び1セルスタックアセンブリ300は、それぞれ本発明の第1のセルスタックアセンブリ及び第2のセルスタックアセンブリに対応する。
4セルスタックアセンブリ200は、バスバプレート210から突出する正極端子230a及び負極端子230bを有する。また、1セルスタックアセンブリ300は、バスバプレート310から突出する正極端子330a及び負極端子330bを有する。4セルスタックアセンブリ200と、1セルスタックアセンブリ300とを筐体110に組み込んだ状態において、4セルスタックアセンブリ200の負極端子230bと、1セルスタックアセンブリ300の正極端子330aとは接触している。
電源装置100は、4セルスタックアセンブリ200と、1セルスタックアセンブリ300とを筐体110に組み込んだ状態において、正極端子230a、負極端子230b、正極端子330a及び負極端子330bとを、底面110b側から支持するバスバ固定ターミナル120を備える。
1セルスタックアセンブリ300の上部には、バッテリコントローラ(LBC)130と、ヒュージブルリンク140が配置されている。LBC130及びヒュージブルリンク140は、適宜な方法で、1セルスタックアセンブリ300の上部に固定されている。
また、筐体110の底面110bにおいて、4セルスタックアセンブリ200と、1セルスタックアセンブリ300とが配置されていない箇所に、電流センサ150と、ICRリレー(inrush current reduction relay)160と、MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)170と、ターミナルポスト180とを備える。電流センサ150、ICRリレー160、MOSFET170及びターミナルポスト180は、適宜な方法で、筐体110の底面110bに固定されている。ターミナルポスト180は、例えば2つの端子を有する。
図3は、図1に示す電源装置100を含む電源システムの概略を示す機能ブロック図である。電源システム400は、電源装置100と、オルタネータ410と、スタータ420と、第2の二次電池430と、負荷440と、スイッチ450と、制御部460とを備える。電源装置100は、4セルスタックアセンブリ200と1セルスタックアセンブリ300とを含んで構成される第1の二次電池190を含む。第1の二次電池190、オルタネータ410、スタータ420、第2の二次電池430及び負荷440は、並列に接続される。
電源装置100において、ICRリレー160と、電流センサ150と、第1の二次電池190と、ヒュージブルリンク140とは、この順序で直列に接続される。また、電源装置100において、ターミナルポスト180の一方の端子180aは、オルタネータ410に接続され、他方の端子180bは、負荷440に接続される。MOSFET170は、第2の二次電池430及び負荷440と直列に接続される。
ICRリレー160は、第1の二次電池190を、電源システム400における電源装置100外の各構成要素と並列に接続し又は切り離すスイッチとして機能する。
電流センサ150は、適宜な構造を有し、適宜な方式で第1の二次電池190を含む回路に流れる電流を測定する。
第1の二次電池190は、上述の通り4セルスタックアセンブリ200と1セルスタックアセンブリ300とを含んで構成される、例えばリチウムイオン電池又はニッケル水素電池等の二次電池である。第1の二次電池190は、正極側が電流センサ150に接続され、負極側がヒュージブルリンク140に接続される。つまり、本実施形態において、4セルスタックアセンブリ200の正極端子230aが電流センサ150に接続され、1セルスタックアセンブリ300の負極端子330bがヒュージブルリンク140に接続される。
ヒュージブルリンク140は、ヒューズ本体と、ヒューズ本体を収容保持する絶縁樹脂製のハウジングと、ハウジングを覆う絶縁樹脂製のカバーとにより構成され、過電流が生じた場合に溶断する。
MOSFET170は、第2の二次電池430及び負荷440を、電源システム400における他の構成要素と並列に接続し又は切り離すスイッチとして機能する。
電源装置100において、LBC130は、第1の二次電池190に接続され、第1の二次電池190の状態を推定する。LBC130は、例えば第1の二次電池190の充電状態(SOC:state of charge)を推定する。
オルタネータ410は、発電機であって、車両のエンジンに機械的に接続される。オルタネータ410は、エンジンの駆動によって発電を行う。オルタネータ410がエンジンの駆動によって発電した電力は、レギュレータで出力電圧を調整されて、電源装置100が備える第1の二次電池190、第2の二次電池430、負荷440及び図示しない車両の補機に供給され得る。またオルタネータ410は、車両の減速時等に回生によって発電可能である。オルタネータ410が回生発電した電力は、第1の二次電池190及び第2の二次電池430の充電に使用される。
スタータ420は、例えばセルモータを含んで構成され、第1の二次電池190及び第2の二次電池430の少なくとも一方からの電力供給を受けて、車両のエンジンを始動させる。
第2の二次電池430は、例えば鉛蓄電池により構成され、負荷440に電力を供給する。
負荷440は、例えば車両に備えられたオーディオ、エアコンディショナ、及びナビゲーションシステム等を含み、供給された電力を消費して動作する。負荷440は、エンジン駆動の停止中に第1の二次電池190から電力供給を受けて動作し、エンジン駆動中にオルタネータ410及び第2の二次電池430から電力供給を受けて動作する。
スイッチ450は、スタータ420と直列に接続される。スイッチ450は、スタータ420を他の構成要素と並列に接続し又は切り離す。
制御部460は、電源システム400の全体の動作を制御する。制御部460は、例えば車両のECU(Electric Control Unit又はEngine Control Unit)により構成される。制御部460は、スイッチ450、ICRリレー160及びMOSFET170の動作をそれぞれ制御して、オルタネータ410、第1の二次電池190及び第2の二次電池430による電力供給、並びに第1の二次電池190及び第2の二次電池430の充電を行なう。
次に図4から図10を参照しながら、本発明の一実施形態に係る電源装置100の筐体110の底面110bの構成について、詳細に説明する。図4及び図5はそれぞれ、図1に示す電源装置の筐体110の上面図及び下面図である。図6乃至図9は、筐体110の各断面図である。
筐体110の底面110bは、図4に示すように、4セルスタックアセンブリ200が当接して配置されるセル設置部110cと、1セルスタックアセンブリ300が当接して配置されるセル設置部110dと、MOSFET170が当接して配置される板厚部110eと、これらが配置されない底面部分である、水溜部110f(図4の斜線部分)とを有する。セル設置部110cとセル設置部110dの間には、板厚部110gが設けられる。4セルスタックアセンブリ200の正極端子230a及び負極端子230b(以下、これらをバッテリ端子ともいう。)と1セルスタックアセンブリ300の正極端子330a及び負極端子330b(以下、これらもバッテリ端子ともいう。)とは、板厚部110g側に設けられることになる。なお板厚部110g及び板厚部110eは、それぞれ本発明の第1の板厚部及び第2の板厚部に対応する。
また筐体110の底面110bは、図5に示すように、セル設置部110cの裏面に、略長方形状に筐体110の部材を肉抜きしている複数の肉抜き部110hを有する。好適には肉抜き部110hは、セル設置部110cの長手方向及び短手方向に沿って整列して設けられる。図5では、セル設置部110cの裏面において3行6列に整列した18個の肉抜き部110hが設けられている。
一方、肉抜き部110hが設けられていない部分はリブ110iを形成する。肉抜き部110hが長手方向及び短手方向に沿って整列して設けられるため、リブ110iはセル設置部110cの長手方向及び短手方向に、格子状(碁盤目状)に延在することになる。
同様に筐体110の底面110bは、セル設置部110dの裏面に、略長方形状に筐体110の部材を肉抜きしている複数の肉抜き部110hを有する。好適には肉抜き部110hは、セル設置部110dの長手方向及び短手方向に沿って整列して設けられる。図5では、セル設置部110dの裏面において3行3列に整列した9個の肉抜き部110hが設けられている。
一方、肉抜き部110hが設けられていない部分はリブ110iを形成する。肉抜き部110hがセル設置部110dの長手方向及び短手方向に沿って整列して設けられるため、リブ110iは長手方向及び短手方向に、格子状(碁盤目状)に延在することになる。
なお板厚部110eの裏面には、肉抜き部110hを設けない。そのため板厚部110eはセル設置部110c、セル設置部110d、及び水溜部110fよりも大きい平均板厚を有する。
次に筐体110の底面110bの特徴を示す断面(図4及び図5のA−A’断面、B−B’断面、C−C’断面、及びD−D’断面)について説明する。図6は、図4に示す筐体110のA−A’断面図である。図6に示すようにA−A’断面図は、セル設置部110cの断面と、板厚部110eの断面と、水溜部110fの断面とを含む。上述したように、セル設置部110cの裏面には、肉抜き部110hと、リブ110iが設けられている。肉抜き部110hは、筐体110の部材を肉抜きした部分であるため、セル設置部110cのうち肉抜き部110hが設けられた部分の板厚Dhは、リブ110iが設けられた部分の板厚Diよりも薄い。
図6に示すように、セル設置部110cの高さHcは、水溜部110fの高さHfよりも高い。すなわち、4セルスタックアセンブリ200が当接して配置されるセル設置部110cの高さHcは、4セルスタックアセンブリ200及び1セルスタックアセンブリ300を配置していない部分(水溜部110f)の高さHfよりも高い。ここでセル設置部110cの高さHcとは、セル設置部110cの裏面のうち、肉抜き部110hが設けられていない面(例えばリブ110iが設けられている面)からセル設置部110cの表面までの距離である。すなわちHcはDiに等しい。また水溜部110fの高さHfとは、水溜部110fの裏面から表面までの距離である。以下、セル設置部110cの裏面のうち肉抜き部110hが設けられていない面、水溜部110fの裏面、及び板厚部110eの裏面を含む、高さの基準となる平面を基準面という。
また、板厚部110eの高さHe(基準面から板厚部110eの表面までの距離)は、水溜部110fの高さHfよりも高い。なお図6ではHeとHcとが等しい例を示しているがこれに限られない。例えばHeは、Hcよりも小さくてもよく、又はHcよりも大きくてもよい。
図7は、図4に示す筐体110のB−B’断面図である。図7に示すようにB−B’断面図は、セル設置部110cの断面と、セル設置部110dの断面と、板厚部110gの断面とを含む。図5に示すようにB−B’断面はリブ110iを横切り、肉抜き部110hを横切らない断面である。そのため図7に示すように、B−B’断面におけるセル設置部110cの裏面は面一である。同様にB−B’断面におけるセル設置部110dの裏面も面一である。ここで板厚部110gの板厚Hgは、水溜部110fの板厚(Hf)よりも大きい。なお水溜部110f及び板厚部110gの板厚は、それぞれ水溜部110f及び板厚部110gの高さと等しい。
また、セル設置部110dの高さHdは、Hfよりも高い。すなわち、1セルスタックアセンブリ300が当接して配置されるセル設置部110dの高さHdは、4セルスタックアセンブリ200及び1セルスタックアセンブリ300を配置していない部分(水溜部110f)の高さHfよりも高い。好適には図7に示すように、HdはHcと同一である。ただしこれに限られず、HdはHcより大きくても小さくてもよい。
図8は、図4に示す筐体110のC−C’断面図である。図8に示すようにC−C’断面図は、セル設置部110c、及びセル設置部110cの裏面に設けられた肉抜き部110h及びリブ110iの断面を含む。図9は、図4に示す筐体110のD−D’断面図である。図9に示すように、D−D’断面図は、セル設置部110dの断面、板厚部110eの断面、水溜部110fの断面、及びセル設置部110dの裏面に設けられた肉抜き部110h及びリブ110iの断面を含む。
図10は、筐体110の構成による作用を示す図である。図10に示すように4セルスタックアセンブリ200及び1セルスタックアセンブリ300がそれぞれ配置されるセル設置部110c及びセル設置部110dの高さは、水溜部110fの高さよりも高い。このように4セルスタックアセンブリ200及び1セルスタックアセンブリ300を配置する場所を高くしているため、電源装置100に水がかかったとしても、高さの低い水溜部110fに水が溜まる。そのため4セルスタックアセンブリ200及び1セルスタックアセンブリ300の水没を防止することができる。
またセル設置部110c及びセル設置部110dの裏面には、肉抜き部110hが設けられている。そのため電源装置100の軽量化を図ることができる。さらに肉抜き部110hが設けられていない部分はリブ110iを形成する。リブ110iにより高い強度を備えるため、所定の衝突荷重による変形応力に耐えることができ、セルを保護することができる。
ここで4セルスタックアセンブリ200及び1セルスタックアセンブリ300は、バスバプレート210とバスバプレート310とが互いに向かい合うように配置されており、さらに4セルスタックアセンブリ200のバッテリ端子と1セルスタックアセンブリ300のバッテリ端子とは接触している。そのため図10の矢印110kに示す方向の荷重に対して強度を高くし、安全性を確保することが好ましい。そこで本実施の形態に係る電源装置100は、セル設置部110cとセル設置部110dの間は、板厚部110gを設けている。板厚部110gにより、矢印110kに示す方向の荷重に対する強度を高めることができる。好適には板厚部110gと、リブ110iの少なくとも一部は、図10に示すように一直線上に並んで設けられる。このようにすることで板厚部110gとリブ110iにより高い強度を有する略直線状の高強度ライン110jが形成される。高強度ライン110jにより、矢印110kに示す方向の荷重に対する強度をより向上させることができる。なお、図10では、高強度ライン110jを2つ設けているがこれに限られない。高強度ライン110jは1つであってもよく、3つ以上であっても構わない。
またMOSFET170を配置する板厚部110eの高さは、水溜部110fの高さよりも高い。そのため、電源装置100に水がかかったとしても、高さの低い水溜部110fに水が溜まり、MOSFET170の水没も防止することができる。また板厚部110eの裏面には肉抜き部を有さないため、MOSFET170の冷却のための熱容量を確保することができる。
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
100 電源装置
110 筐体
110a 上面
110b 底面
110c、110d セル設置部
110e 板厚部
110f 水溜部
110g 板厚部
110h 肉抜き部
110i リブ
110j 高強度ライン
110k 矢印
120 バスバ固定ターミナル
130 LBC
140 ヒュージブルリンク
150 電流センサ
160 ICRリレー
170 MOSFET
180 ターミナルポスト
180a、180b 端子
190 第1の二次電池
200 セルスタックアセンブリ
210 バスバプレート
220 拘束板
230a 正極端子
230b 負極端子
300 セルスタックアセンブリ
310 バスバプレート
330a 正極端子
330b 負極端子
400 電源システム
410 オルタネータ
420 スタータ
430 第2の二次電池
440 負荷
450 スイッチ
460 制御部

Claims (5)

  1. 底面を有する筐体と、
    前記底面に当接して配置された第1のセルスタックアセンブリと、
    前記第1のセルスタックアセンブリと並べて、前記底面に当接して配置された第2のセルスタックアセンブリと、
    を備える組電池であって、
    前記筐体の前記底面は、前記第1のセルスタックアセンブリ及び前記第2のセルスタックアセンブリと当接するセル設置部の高さが、前記第1のセルスタックアセンブリ及び前記第2のセルスタックアセンブリを配置していない水溜部の高さよりも高く、
    前記第1のセルスタックアセンブリと前記第2のセルスタックアセンブリとの間の底面に第1の板厚部を有することを特徴とする組電池。
  2. 前記第1のセルスタックアセンブリのバッテリ端子及び前記第2のセルスタックアセンブリのバッテリ端子は、前記第1の板厚部側に設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の組電池。
  3. 前記組電池は、前記底面に当接して配置されたMOSFETを備え、
    前記底面のうち前記MOSFETが当接する部分に第2の板厚部を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の組電池。
  4. 前記セル設置部の裏面に肉抜き部を設けたことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の組電池。
  5. 前記裏面に、前記第1の板厚部と一直線上に並ぶリブを設けたことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の組電池。
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