JP2018137170A

JP2018137170A - Battery module

Info

Publication number: JP2018137170A
Application number: JP2017032183A
Authority: JP
Inventors: 太朗松下; Taro Matsushita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-30

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce damage to single cells.SOLUTION: The battery module includes: a battery holder 14 accommodating a plurality of columnar single cells 12; and a cover 20 fastened to a battery holder 14 by a fastening portion and covering one surface of the battery holder 14. In the fastening portion, when a stress equal to or greater than a predetermined value is applied, the stress is relieved by a relative movement of both.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電池モジュール、特に電池ホルダに外部から力が印加された場合に、単電池に対するダメージを軽減するものに関する。 The present invention relates to a battery module, and particularly to a battery module that reduces damage to a single battery when a force is applied to the battery holder from the outside.

従来から、複数の単電池を組み合わせてモジュール化して電池モジュールを構成することが提案されている（特許文献１参照）。こうした電池モジュールは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として広く使用されている。 Conventionally, it has been proposed to configure a battery module by combining a plurality of single cells into a module (see Patent Document 1). Such a battery module is widely used as a power source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, electric bicycles, or electric devices.

特開２０１２-１９０５７８号公報JP 2012-190578 A

ところで、車両が衝突した場合などには、車両が破損して各種の搭載機器が移動して機器同士衝突する場合がある。従って、電池モジュールにも他の機器が衝突し、大きな力が印加される可能性がある。ここで、単電池は、電気回路の構成部品であり、なるべく大きなダメージを受けないようにしたいという要求がある。 By the way, when a vehicle collides, the vehicle may be damaged and various on-board devices may move to collide with each other. Therefore, another device may collide with the battery module and a large force may be applied. Here, the unit cell is a component part of the electric circuit, and there is a demand for avoiding as much damage as possible.

本発明に係る電池モジュールは、柱状の単電池を複数本収容する電池ホルダと、電池ホルダに締結部によって締結され、電池ホルダの一面を覆うカバーと、を含み、締結部は、所定以上の応力が掛かった場合に、電池ホルダとカバーが相対的に移動することで応力を緩和するように構成されている。 A battery module according to the present invention includes: a battery holder that houses a plurality of columnar single cells; and a cover that is fastened to the battery holder by a fastening portion and covers one surface of the battery holder. When the battery is applied, the battery holder and the cover are relatively moved to relieve stress.

締結部は、カバーに設けられた孔を貫通して電池ホルダに締結されるボルトによって、カバーを固定するものであり、孔に周辺部に開放する切り欠きが設けられているとよい。こうすることで、所定以上の応力が掛かったとき、ボルトが切り欠き内をカバーから離脱方向に移動することで応力を緩和することができる。 The fastening portion fixes the cover with a bolt that passes through a hole provided in the cover and is fastened to the battery holder, and the hole may be provided with a notch that opens to the peripheral portion. By doing so, when a stress greater than a predetermined value is applied, the bolt can be relieved by moving in the notch from the cover in the notch.

締結部は、カバーに設けられた孔を貫通して電池ホルダに締結されるボルトによって、カバーを固定するものであり、孔が長孔になっているとよい。こうすることで、所定以上の応力が掛かったとき、ボルトが長孔内において移動することで応力を緩和することができる。 A fastening part fixes a cover with the volt | bolt which penetrates the hole provided in the cover and is fastened to a battery holder, and the hole is good to be a long hole. By doing so, when a stress greater than a predetermined value is applied, the bolt can be relieved by moving in the elongated hole.

本発明によれば、電池ホルダの締結部を、所定以上の応力が掛かった場合に、電池ホルダとカバーが相対的に移動することで応力を緩和する構造としたため、電池ホルダが大きな力を受けたときなどに単電池が受けるダメージを軽減することができる。 According to the present invention, the battery holder is subjected to a large force because the fastening portion of the battery holder has a structure in which the stress is relieved by the relative movement of the battery holder and the cover when a predetermined stress or more is applied. This can reduce the damage that the cell receives when it is damaged.

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. カバーの斜視図である。It is a perspective view of a cover. 締結部の構成を説明する縦断面模式図である。It is a longitudinal cross-sectional schematic diagram explaining the structure of a fastening part. 締結部の作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action of a fastening part. 締結部の他の形態を示す図である。It is a figure which shows the other form of a fastening part.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described herein.

「全体構成」
図１は、電池モジュール１０の分解斜視図である。なお、以下の説明では、電池モジュール１０の長手方向を「Ｘ方向」、単電池１２の軸方向を「Ｚ方向」、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向を「Ｙ方向」と呼ぶ。 "overall structure"
FIG. 1 is an exploded perspective view of the battery module 10. In the following description, the longitudinal direction of the battery module 10 is referred to as “X direction”, the axial direction of the unit cell 12 is referred to as “Z direction”, and the direction orthogonal to the X direction and Z direction is referred to as “Y direction”.

電池モジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車、電動自転車の電源、あるいは、電気機器の電源として使用される。電池モジュール１０は、１つ以上をパックケースに収容した電池パックとして車両に搭載される。 The battery module is used as a power source for an electric vehicle, a hybrid vehicle, an electric bicycle, or a power source for an electric device. The battery module 10 is mounted on the vehicle as a battery pack in which one or more battery modules are housed in a pack case.

電池モジュール１０は、柱状（円柱型）の単電池１２を複数本収容している。単電池１２は、充放電可能な二次電池であり、例えば、円柱型のケースに収められたニッケル水素電池、リチウムイオン電池等である。単電池１２の軸方向両端には、単電池１２の電極である負極および正極が設けられている。図示例では、単電池１２は、負極が下方になる姿勢で保持されている。ただし、当然ながら、この負極と正極の向きは、逆でもよく、負極が上側、正極が下側でもよい。 The battery module 10 accommodates a plurality of columnar (columnar) unit cells 12. The cell 12 is a chargeable / dischargeable secondary battery, such as a nickel metal hydride battery or a lithium ion battery housed in a cylindrical case. A negative electrode and a positive electrode that are electrodes of the unit cell 12 are provided at both ends of the unit cell 12 in the axial direction. In the illustrated example, the unit cell 12 is held in a posture in which the negative electrode is downward. Of course, the direction of the negative electrode and the positive electrode may be reversed, the negative electrode may be on the upper side and the positive electrode may be on the lower side.

図１に図示する電池モジュール１０は、６０個の単電池１２を有しており、この６０個の単電池１２は、４行１５列の配列で並べられている。４行１５列で並ぶ６０個の単電池１２は、長手方向（列方向、Ｘ方向）において、３箇所で区切られ、４つの電池グループに分割される。一つの電池グループは、１５個の単電池１２から成り、同一の電池グループに属する１５個の単電池１２は、正極バスバ２３および負極バスバ２５により並列接続される。また、１５個の単電池１２を並列接続した電池グループは、グループ間バスバ２６により、他の電池グループまたは外部出力端子に直列接続される。 The battery module 10 shown in FIG. 1 has 60 unit cells 12, and the 60 unit cells 12 are arranged in an array of 4 rows and 15 columns. The 60 unit cells 12 arranged in 4 rows and 15 columns are divided into four battery groups by being divided at three locations in the longitudinal direction (column direction, X direction). One battery group includes 15 single cells 12, and the 15 single cells 12 belonging to the same battery group are connected in parallel by the positive electrode bus bar 23 and the negative electrode bus bar 25. A battery group in which 15 unit cells 12 are connected in parallel is connected in series to another battery group or an external output terminal by an inter-group bus bar 26.

各単電池１２は、正極および負極の向きを揃えた状態で起立保持される。この複数の単電池１２は、電池ホルダ１４で保持された状態で、負極バスバ２５および保護ケース１６で囲まれた電池室内に収容される。電池ホルダ１４は略板形状であり、板平面に収容孔１５が二次元的に配置されている。 Each unit cell 12 is held upright with the directions of the positive electrode and the negative electrode aligned. The plurality of single cells 12 are accommodated in a battery chamber surrounded by the negative electrode bus bar 25 and the protective case 16 while being held by the battery holder 14. The battery holder 14 has a substantially plate shape, and the accommodation holes 15 are two-dimensionally arranged on the plate plane.

各収容孔１５は、単電池１２の円柱形状と嵌まり合う丸孔形状であり、単電池１２の下端部が挿し込まれる貫通孔である。単電池１２は、この収容孔１５内に挿入され、接着剤により、固定される。収容孔１５のＺ方向の長さは、保持した単電池１２がぐらつかないよう十分な長さとなっている。収容孔１５は、電池ホルダ１４を、その板厚方向において貫通しており、単電池１２の下端は下方に露出している。電池ホルダ１４は、発生した熱を均等に分散して単電池１２間での温度のバラツキを低減するために、アルミニウム等の高伝熱材料からなる。 Each accommodation hole 15 is a round hole shape that fits into the cylindrical shape of the unit cell 12, and is a through hole into which the lower end portion of the unit cell 12 is inserted. The unit cell 12 is inserted into the accommodation hole 15 and fixed with an adhesive. The length of the accommodation hole 15 in the Z direction is sufficient to prevent the held unit cell 12 from wobbling. The housing hole 15 penetrates the battery holder 14 in the plate thickness direction, and the lower end of the unit cell 12 is exposed downward. The battery holder 14 is made of a high heat transfer material such as aluminum in order to uniformly disperse the generated heat and reduce the temperature variation between the single cells 12.

電池ホルダ１４で保持された複数の単電池１２の側部および上部は、保護ケース１６により覆われている。保護ケース１６は、絶縁性を有した樹脂からなり、底部が完全開口した略箱型である。 Side portions and upper portions of the plurality of single cells 12 held by the battery holder 14 are covered with a protective case 16. The protective case 16 is made of a resin having an insulating property and has a substantially box shape with a completely open bottom.

電池ホルダ１４の下方には、負極バスバ２５の周縁および一面（下面）を覆って、カバー２０が配置される。図２は、カバー２０の斜視図である。カバー２０は、アルミニウム等の金属からなり、プレス加工等で成型される。カバー２０のうち、少なくとも、負極バスバ２５との対向面には、絶縁処理が施されている。絶縁処理の形態は、特に限定されないが、例えば、絶縁性塗料をカチオン塗装する等の処理方法を採用することができる。 A cover 20 is disposed below the battery holder 14 so as to cover the periphery and one surface (lower surface) of the negative electrode bus bar 25. FIG. 2 is a perspective view of the cover 20. The cover 20 is made of a metal such as aluminum and is molded by pressing or the like. Of the cover 20, at least a surface facing the negative electrode bus bar 25 is subjected to insulation treatment. The form of the insulation treatment is not particularly limited. For example, a treatment method such as cationic coating of an insulating paint can be employed.

カバー２０は、その周縁近傍が上方にせり上がった、略舟形となっている。カバー２０と負極バスバ２５（隔壁）との間に形成された空間が排気室となる。単電池１２の下部には排気弁が設けられており、ここから排気室に放出されたガスは、負極バスバ２５の長手方向両端近傍に形成された排気孔５４、および、電池ホルダ１４に形成された排気通路５６を介して、電池モジュール１０の外部に排出される。なお、カバー２０は、周縁部に凸条のシール部５０を有しており、これによって内部の排気室を気密にシールしている。 The cover 20 has a substantially boat shape with its peripheral edge raised upward. A space formed between the cover 20 and the negative electrode bus bar 25 (partition wall) serves as an exhaust chamber. An exhaust valve is provided in the lower part of the unit cell 12, and the gas discharged from the exhaust chamber to the exhaust chamber is formed in the exhaust hole 54 formed in the vicinity of both ends in the longitudinal direction of the negative electrode bus bar 25 and the battery holder 14. Then, it is discharged to the outside of the battery module 10 through the exhaust passage 56. Note that the cover 20 has a protruding seal 50 at the peripheral edge, thereby hermetically sealing the internal exhaust chamber.

カバー２０の底面には、負極バスバ２５に向かって立脚する保護用凸部５８と、補強用凸部６０と、が設けられている。補強用凸部６０は、カバー２０のＹ方向中央に設けられている。この補強用凸部６０は、カバー２０の剛性を向上するために設けられており、Ｘ方向に間隔を開けて、複数（図示例では４つ）設けられている。 On the bottom surface of the cover 20, a protective convex portion 58 and a reinforcing convex portion 60 that stand toward the negative electrode bus bar 25 are provided. The reinforcing convex portion 60 is provided at the center of the cover 20 in the Y direction. The reinforcing convex portions 60 are provided in order to improve the rigidity of the cover 20, and a plurality (four in the illustrated example) are provided at intervals in the X direction.

「締結部の構成」
そして、このカバー２０の四隅には、貫通孔７０が設けられ、電池ホルダ１４の四隅の対応箇所には貫通孔７２が設けられ、保護ケース１６の四隅の対応箇所にはねじ孔７４が設けられており、これらによって締結部が構成されている。 "Composition of fastening part"
Then, through holes 70 are provided at the four corners of the cover 20, through holes 72 are provided at the corresponding positions of the battery holder 14, and screw holes 74 are provided at the corresponding positions of the four corners of the protective case 16. The fastening part is constituted by these.

図３には、締結部７８の構成を示す縦断面に対応する模式図が示されている。上から、保護ケース１６，単電池１２、電池ホルダ１４、カバー２０が配置されている。そして、ボルト８０がカバー２０の下から挿入され、カバー２０の貫通孔７０、電池ホルダ１４の貫通孔７２を貫通した後、保護ケース１６のねじ孔７４にねじ止めされている。なお、保護ケース１６のねじ孔７４に代えて貫通孔を採用し、その貫通孔を通過したボルト８０の先端をナットでねじ止めして、各部材を締め付けて固定してもよい。このように、カバー２０、電池ホルダ１４、保護ケース１６がボルト締めによって固定されている。 FIG. 3 is a schematic view corresponding to a longitudinal section showing the configuration of the fastening portion 78. From the top, a protective case 16, a single battery 12, a battery holder 14, and a cover 20 are arranged. A bolt 80 is inserted from below the cover 20 and passes through the through hole 70 of the cover 20 and the through hole 72 of the battery holder 14, and is then screwed into the screw hole 74 of the protective case 16. Instead of the screw hole 74 of the protective case 16, a through hole may be adopted, and the tip of the bolt 80 that has passed through the through hole may be screwed with a nut, and each member may be fastened and fixed. Thus, the cover 20, the battery holder 14, and the protective case 16 are fixed by bolting.

そして、この例においては、図４（Ａ）に示すように、カバー２０の貫通孔７０は、側方に向けて切り欠き７６を有しており、貫通孔７０の周囲は閉じておらず、一部が開放されている。すなわち、基本的に円形の貫通孔７０の一部がＹ方向側に切除され、Ｙ方向に向いた部分が切り欠き７６になっている。 And in this example, as shown to FIG. 4 (A), the through-hole 70 of the cover 20 has the notch 76 toward the side, and the circumference | surroundings of the through-hole 70 are not closed, Some are open. That is, a part of the circular through hole 70 is basically cut away in the Y direction, and a portion facing the Y direction is a notch 76.

図４に、カバー２０と、ボルト８０の関係を示す。図４（Ａ）に示すように、通常時は、カバー２０の貫通孔７０の中心をボルト８０が貫通している。一方、車両の衝突などに起因して、例えば、電池ホルダ１４に他部材などの圧壊子がＹ方向に進入してくると、電池ホルダ１４が割れ、割れた電池ホルダ１４の部分同士が離れる方向に移動する。 FIG. 4 shows the relationship between the cover 20 and the bolt 80. As shown in FIG. 4A, the bolt 80 passes through the center of the through hole 70 of the cover 20 in the normal state. On the other hand, for example, when a crusher such as another member enters the battery holder 14 in the Y direction due to a vehicle collision or the like, the battery holder 14 is broken and the parts of the broken battery holder 14 are separated from each other. Move to.

このとき、締結部７８が強固な構成であると、電池ホルダ１４の移動が妨げられ、単電池１２がダメージを受ける（損傷する）。一方、本実施形態においては、切り欠き７６があるため、貫通孔７０においてボルト８０を保持する力が弱い。このため、図４（Ｂ）に示すように、電池ホルダ１４と一緒にボルト８０がカバー２０に対し相対的に移動した際に、ボルト８０の軸体が切り欠き７６を通過して貫通孔７０から離脱する。言い替えれば、電池ホルダ１４とカバー２０の締結部７８が受ける応力が所定以上となった場合に、ボルト８０が切り欠き７６に誘導されて移動することで、単電池１２に印加される力を低減し受けるダメージを軽減することができる。このように、本実施形態によれば、電池ホルダ１４に外部からこれを圧壊するような力が印加された場合に、単電池１２が受けるダメージを緩和することができる。 At this time, if the fastening portion 78 has a strong configuration, the movement of the battery holder 14 is hindered, and the unit cell 12 is damaged (damaged). On the other hand, in the present embodiment, since there is the notch 76, the force for holding the bolt 80 in the through hole 70 is weak. For this reason, as shown in FIG. 4B, when the bolt 80 moves relative to the cover 20 together with the battery holder 14, the shaft body of the bolt 80 passes through the notch 76 and passes through the through hole 70. Leave. In other words, when the stress received by the fastening portion 78 of the battery holder 14 and the cover 20 exceeds a predetermined value, the bolt 80 is guided and moved by the notch 76, thereby reducing the force applied to the unit cell 12. Damage can be reduced. As described above, according to the present embodiment, it is possible to mitigate the damage that the unit cell 12 receives when a force that crushes the battery holder 14 from the outside is applied.

「他の実施形態」
図５には、締結部７８の他の構成例が示されている。この例では、貫通孔として、Ｘ方向に伸長された長孔９０が設けられている。そして、この長孔９０にボルト８０が貫通して、カバー２０、電池ホルダ１４、保護ケース１６がボルト締めによって固定される。 "Other embodiments"
FIG. 5 shows another configuration example of the fastening portion 78. In this example, a long hole 90 extended in the X direction is provided as a through hole. Then, the bolt 80 passes through the long hole 90, and the cover 20, the battery holder 14, and the protective case 16 are fixed by bolting.

このような構成においても長孔９０の長手方向においては、電池ホルダ１４とカバー２０との相対移動に対抗する力が弱い。従って、電池ホルダ１４とカバー２０の締結部７８が受ける応力が所定以上となった場合に、ボルト８０が長孔９０内を移動して、単電池１２が受けるダメージを低減することができる。 Even in such a configuration, in the longitudinal direction of the long hole 90, the force against the relative movement between the battery holder 14 and the cover 20 is weak. Therefore, when the stress received by the fastening portion 78 of the battery holder 14 and the cover 20 becomes equal to or greater than a predetermined value, the bolt 80 moves in the long hole 90 and the damage received by the unit cell 12 can be reduced.

１０：電池モジュール、１２：単電池、１４：電池ホルダ、１５：収容孔、１６：保護ケース、２０：カバー、２３：正極バスバ、２５：負極バスバ、２６：グループ間バスバ、５０：シール部、５４：排気孔、５６：排気通路、５８：保護用凸部、６０：補強用凸部、７０，７２：貫通孔、７４：ねじ孔、７６：切り欠き、７８：締結部、８０：ボルト、９０：長孔。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Battery module, 12: Single cell, 14: Battery holder, 15: Accommodating hole, 16: Protection case, 20: Cover, 23: Positive electrode bus bar, 25: Negative electrode bus bar, 26: Inter-group bus bar, 50: Seal part, 54: exhaust hole, 56: exhaust passage, 58: protective convex part, 60: reinforcing convex part, 70, 72: through hole, 74: screw hole, 76: notch, 78: fastening part, 80: bolt, 90: Slotted hole.

Claims

A battery holder for accommodating a plurality of columnar cells,
A cover that is fastened to the battery holder by a fastening portion and covers one surface of the battery holder;
Including
The fastening portion is configured to relieve the stress when the battery holder and the cover move relative to each other when a predetermined stress or more is applied.
Battery module.