JP2018181734A - 電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】振動による衝撃荷重が作用した場合でも連結ロッドのネジ部とエンドプレートの挿通孔の内壁との干渉を防止できる電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール1は、復数の電池セル7の配列体2と、配列体2を電池セル7の配列方向に挟む一対のエンドプレート5,5と、一対のエンドプレート5,5同士を連結する連結ロッド6と、を備え、エンドプレート5は、連結ロッド6を挿通させる挿通孔13を有し、連結ロッド6は、一端側に雌ネジ27が設けられた円筒部22と、先端側にネジ部26が設けられた軸部25を有する雄ネジ23と、を有し、挿通孔13に軸部25が挿通した雄ネジ23が一対のエンドプレート5,5間に配置された円筒部22の雌ネジ27に螺合されることによって、連結ロッド6と一方のエンドプレート5Aとの結合部21が構成されている。【選択図】図3

Description

本発明は、電池モジュールに関する。
従来の電池モジュールとして、例えば特許文献1に記載された電池モジュールがある。この従来の電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体と、配列体を電池セルの配列方向に挟む一対のエンドプレートと、エンドプレート同士を連結して配列体に拘束荷重を付加する拘束部材とを備えて構成されている。拘束部材は、エンドプレートに設けられた挿通孔に挿通された連結ロッドと、エンドプレートの外側に突出した連結ボルトの両端部にそれぞれ螺合されたナットとを含んで構成されている。
特開2001−236937号公報
上述したような電池モジュールでは、例えば振動による衝撃荷重が拘束部材に作用した場合、エンドプレートの挿通孔内での連結ロッドの位置が瞬間的に変動することが考えられる。通常、エンドプレートの挿通孔は、連結ロッドの組み付け容易性の観点から、連結ロッドの外径に対して一回り大きい内径を有している。このため、連結ロッドの位置が変動し、連結ロッドに形成されたネジ部が挿通孔の内壁(特に外側開口端側の内壁)に干渉してしまうと、ネジ部に過剰な荷重がかかり、連結ロッドの変形や破損を招くおそれがある。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、振動による衝撃荷重が作用した場合でも連結ロッドのネジ部とエンドプレートの挿通孔の内壁との干渉を防止できる電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体と、配列体を電池セルの配列方向に挟む一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート同士を連結する連結ロッドと、を備え、エンドプレートは、連結ロッドを挿通させる挿通孔を有し、連結ロッドは、一端側に雌ネジが設けられた円筒部と、先端側にネジ部が設けられた軸部を有する雄ネジと、を有し、挿通孔に軸部が挿通した雄ネジが一対のエンドプレート間に配置された円筒部の雌ネジに螺合したことによって、連結ロッドと一方のエンドプレートとの結合部が構成されている。
この電池モジュールでは、結合部において、一方のエンドプレートの挿通孔に雄ネジの軸部が通され、軸部の先端側に設けられたネジ部が一対のエンドプレート間に配置された円筒部の雌ネジに螺合されている。この構成によれば、挿通孔内での雄ネジのネジ部の位置を挿通孔の内側開口端側に寄せることができるため、挿通孔の外側開口端側の内壁と雄ネジのネジ部とが非対向となる。したがって、振動による衝撃荷重が作用した場合でもネジ部が挿通孔の外側開口端側の内壁に干渉せず、ネジ部に過剰な荷重がかかることを防止できるので、連結ロッドの変形や破損を抑制できる。
また、一方のエンドプレートと配列体との間に弾性部材が配置されていてもよい。弾性部材の配置により、電池セルに膨張が生じた場合のエンドプレート及び連結ロッドの変形や破損を抑制できる。一方、弾性部材が配置される場合、弾性部材と反対側に位置する他方のエンドプレートに比べて、弾性部材側に位置する一方のエンドプレートの方が、振動による衝撃荷重が作用した際の連結ロッドに対するエンドプレートの変動量が大きくなると考えられる。したがって、弾性部材側に位置する一方のエンドプレートと連結ロッドとの結合に上記結合部を適用することで、振動による衝撃荷重が作用した場合の連結ロッドの変形や破損を好適に抑制できる。
また、一対のエンドプレートは、連結ロッドが結合される挟持面と、挟持面の縁部に設けられた外部固定用片と、を有し、連結ロッドは、外部固定用片寄りの位置で挟持面同士を結合する第1の連結ロッドと、第1の連結ロッドと比較して外部固定用片から離間した位置で挟持面同士を結合する第2の連結ロッドと、を有し、結合部は、少なくとも第2の連結ロッドと一方のエンドプレートとの結合に適用されていてもよい。外部固定用片を介して電池モジュールを外部に固定した場合、振動による衝撃荷重が作用した際の連結ロッドに対するエンドプレートの変動量は、固定位置である外部固定用片から遠ざかる程大きくなると考えられる。したがって、少なくとも一方のエンドプレートと第2の連結ロッドとの結合に上記結合部を適用することで、振動による衝撃荷重が作用した場合の連結ロッドの変形や破損を好適に抑制できる。
また、結合部において、一方のエンドプレートは、円筒部の一端側の端面と雄ネジの座面とによって挟持されていてもよい。この場合、振動による衝撃荷重が作用した際の連結ロッドに対するエンドプレートの変動自体を抑制することが可能となる。
また、雄ネジは、ネジ部の径よりも大きい大径部が軸部の基端側に設けられた段付きボルトであってもよい。この場合、挿通孔内での連結ロッドのがたつきを抑えることができる。
また、大径部の半径は、挿通孔を開口側から見通した場合の挿通孔の内壁から雌ネジの中心までの最短距離と略一致していてもよい。この場合、挿通孔内での連結ロッドのがたつきを一層確実に抑えることができる。
本発明によれば、振動による衝撃荷重が作用した場合でも連結ロッドのネジ部とエンドプレートの挿通孔の内壁との干渉を防止できる。
電池モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。 従来例におけるエンドプレートと拘束部材との結合部を示す要部拡大断面図である。 本実施形態におけるエンドプレートと連結ロッドとの結合部を示す要部拡大断面図である。 変形例におけるエンドプレートと連結ロッドとの結合部を示す要部拡大断面図である。 大径部の設計手法の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る電池モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。
[電池モジュールの全体構成]
図1は、電池モジュールの一実施形態を示す概略構成図である。同図に示す例では、電池モジュール1は、熱伝導部材(不図示)を介在させた状態で筐体Kの内壁側に固定されている。電池モジュール1は、電池セル7の配列体2と、弾性部材3と、ミドルプレート4と、エンドプレート5(5A,5B)と、連結ロッド6とを含んで構成されている。
配列体2は、所定の方向に配列された複数の電池セル7を有している。電池セル7は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。隣り合う電池セル7,7同士は、例えば両面テープで貼り合わされている。各電池セル7は、樹脂製のセルホルダによって保持されていてもよい。また、各電池セル7には、伝熱プレートが設けられていてもよい。
各電池セル7は、例えば略直方体形状をなす中空のケース内に電極組立体及び電解液を収容してなる。ケースの頂面には、一対の電極端子(不図示)が互いに離間して設けられている。電極端子の一方は、電極組立体の正極に接続された正極端子であり、電極端子の他方は、電極組立体の負極に接続された負極端子である。隣接する電池セル7,7同士は、正極端子と負極端子とが互いに隣り合うように配列されている。隣接する電池セル7,7同士は、隣り合う正極端子と負極端子とをバスバー部材で接続することにより、電気的に直列に接続されている。
弾性部材3は、電池セル7に膨張が生じた場合に、拘束荷重による電池セル7、エンドプレート5、及び連結ロッド6の破損を防止する目的のために用いられる。弾性部材3は、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成されている。弾性部材3は、配列体2と一方のエンドプレート5Aとの間に配置されている。弾性部材3の他の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム、シリコンゴム等が挙げられる。弾性部材3は、ゴムに限らず、バネ材などであってもよい。
ミドルプレート4は、例えば樹脂製又は金属製の板状部材である。ミドルプレート4は、配列方向から見た電池セル7の平面形状に対応した略矩形の板状をなしており、配列方向の一方端に位置する電池セル7と弾性部材3との間に配置されている。ミドルプレート4が配列体2と弾性部材3との間に配置されることにより、弾性部材3から各電池セル7にかかる荷重のばらつきが抑制されている。ミドルプレート4の縁部には、連結ロッド6を挿通させる挿通孔8が設けられている。挿通孔8の内径は、連結ロッド6の外径に対して一回り大きい径となっている。
エンドプレート5は、例えば金属製の板状部材である。エンドプレート5は、ミドルプレート4と同様に、配列方向から見た電池セル7の形状に対応した略矩形の板状をなしている。一方のエンドプレート5Aは、弾性部材3に当接するように配置されている。他方のエンドプレート5Bは、配列方向の他方端に位置する電池セル7に当接するように配置されている。エンドプレート5Bと電池セル7とは、電池セル7に樹脂製のセルホルダを取り付ける場合には、当該セルホルダによって電気的に絶縁される。セルホルダを用いない場合には、エンドプレート5Bと電池セル7との間に絶縁部材を介在させてもよい。
エンドプレート5は、連結ロッド6が結合される挟持面11と、挟持面11の一縁部に設けられた外部固定用片12と、を有している。挟持面11は、配列体2及び弾性部材3を挟持する面である。挟持面11の縁部には、ミドルプレート4の縁部の挿通孔8に対応するように、連結ロッド6を挿通させる挿通孔13が設けられている。挿通孔13の内径は、連結ロッド6の外径に対して一回り大きい径となっている。
外部固定用片12は、電池モジュール1と外部部材(ここでは筐体K)との固定に用いられる部分である。外部固定用片12は、挟持面11の一縁部から挟持面11に対して略直角に張り出している。外部固定用片12には、固定ボルトBを挿通させる挿通孔14が設けられている。挿通孔14に通した固定ボルトBを筐体Kに設けたボルト孔に螺合することにより、電池モジュール1が筐体Kに対して強固に固定されている。
連結ロッド6は、エンドプレート5A,5B同士を連結する金属製の部材である。連結ロッド6は、エンドプレート5の挿通孔13及びミドルプレート4の挿通孔8に通された状態でエンドプレート5A,5Bにそれぞれ締結されている。これにより、これにより、電池セル7、弾性部材3、及びミドルプレート4が挟持されてユニット化されると共に、エンドプレート5A,5Bを介して電池セル7、弾性部材3、及びミドルプレート4に所定の拘束荷重が付加されている。
本実施形態では、エンドプレート5及びミドルプレート4において、外部固定用片12側の縁部と、当該縁部と対向位置にある縁部とにそれぞれ挿通孔13及び挿通孔8が設けられている。したがって、連結ロッド6は、外部固定用片12寄りの位置でエンドプレート5A,5Bの挟持面11,11同士を結合する第1の連結ロッド6Aと、第1の連結ロッド6Aと比較して外部固定用片12から離間した位置でエンドプレート5A,5Bの挟持面11,11同士を結合する第2の連結ロッド6Bとによって構成されている。
[エンドプレートと連結ロッドとの結合部の構成]
次に、上述したエンドプレート5と連結ロッド6との結合部の構成について更に詳細に説明する。
まず、結合部の従来例について説明する。図2は、従来例におけるエンドプレートと拘束部材との結合部を示す要部拡大断面図である。同図に示すように、従来例では、結合部100を構成する拘束部材として、拘束ボルト101と、ナット102とが用いられている。拘束ボルト101における軸部103の先端部には、ネジ部104が形成されている。拘束ボルト101の先端部は、ネジ部104が一方のエンドプレート106の外側に突出するように挿通孔105に挿通されている。ナット102は、一方のエンドプレート106から突出するネジ部104に螺合されている。図示しないが、他方のエンドプレートの外側には、拘束ボルト101の頭部が結合している。
このような結合部100では、振動による衝撃荷重が拘束部材に作用した場合、エンドプレート106の挿通孔105内での拘束ボルト101の位置が瞬間的に変動することが考えられる。通常、エンドプレート106の挿通孔105は、拘束ボルト101の組み付け容易性の観点から、拘束ボルト101の軸部103及びネジ部104の外径に対して一回り大きい内径を有している。このため、例えば図2の一点鎖線で示すように、拘束ボルト101の位置が変動し、ネジ部104が挿通孔105の内壁(特に外側開口端105b側の内壁)に干渉してしまうと、ネジ部104に過剰な荷重がかかり、拘束ボルト101の変形や破損を招くおそれがある。
これに対し、図3は、本実施形態におけるエンドプレートと連結ロッドとの結合部を示す要部拡大断面図である。同図の例では、弾性部材3に当接する一方のエンドプレート5Aと、外部固定用片12から離間した位置に配置された第2の連結ロッド6Bとの結合部21を示している。図3に示すように、第2の連結ロッド6Bは、一端側に雌ネジ27が設けられた円筒部22と、頭部24及び先端側のみにネジ部26が設けられた軸部25を有する雄ネジ23とを有している。
第2の連結ロッド6Bの円筒部22は、エンドプレート5Aにおける挟持面11の挿通孔13の内径よりも大きい外径を有し、エンドプレート5A,5B間に配置されている。円筒部22の一端面22aは、エンドプレート5Aの挟持面11の内面側において、挿通孔13の内側開口端13aの周辺部分に突き当てられている。雄ネジ23の頭部24は、エンドプレート5Aの外側に配置されている。雄ネジ23の軸部25は、エンドプレート5Aの外側から挿通孔13に挿通され、軸部25の先端側のネジ部26は、挿通孔13の内側開口端13aから突出して円筒部22の雌ネジ27に螺合している。
円筒部22の雌ネジ27への雄ネジ23の螺合により、エンドプレート5Aにおける挿通孔13の周辺部分が雄ネジ23の座面23aと円筒部22の一端面22aとによって両側から挟持され、エンドプレート5Aと第2の連結ロッド6Bとの結合部21が形成されている。上述したように、雄ネジ23では、軸部25の先端側のみにネジ部26が設けられており、軸部25の基端側は、ネジ部26が設けられていない円筒部分となっている。このため、挿通孔13の内側開口端13a側の内壁は、雄ネジ23のネジ部26と対向しているが、挿通孔13の外側開口端13b側の内壁は、雄ネジ23の軸部25(すなわち、ネジ部26が設けられていない部分)と対向した状態となっている。
[作用効果]
以上説明したように、この電池モジュール1では、エンドプレート5Aと第2の連結ロッド6Bとの結合部21において、エンドプレート5Aの挿通孔13に雄ネジ23の軸部25が通され、軸部25の先端側に設けられたネジ部26が円筒部22の雌ネジ27に螺合されている。このような構成によれば、挿通孔13内での雄ネジ23のネジ部26の位置を内側開口端13a側に寄せることができるため、挿通孔13の外側開口端13b側の内壁と雄ネジ23のネジ部26とが非対向となる。したがって、振動による衝撃荷重が作用した場合でもネジ部26が挿通孔13の外側開口端13b側の内壁に干渉せず、ネジ部26に過剰な荷重がかかることを防止できるので、連結ロッド6の変形や破損を抑制できる。
本実施形態では、一方のエンドプレート5Aと配列体2との間に弾性部材3が配置されている。また、上述した構成を有する結合部21は、弾性部材3に当接するエンドプレート5Aと連結ロッド6との結合に適用されている。弾性部材3の配置により、電池セル7に膨張が生じた場合のエンドプレート5及び連結ロッド6の変形や破損を抑制できる。一方、弾性部材3が配置される場合、弾性部材3と反対側に位置するエンドプレート5Bに比べて、弾性部材3側に位置するエンドプレート5Aの方が、振動による衝撃荷重が作用した際の連結ロッド6に対するエンドプレート5の変動量が大きくなると考えられる。したがって、弾性部材3側に位置するエンドプレート5Aと連結ロッド6との結合に上記結合部21を適用することで、振動による衝撃荷重が作用した場合の連結ロッド6の変形や破損を好適に抑制できる。
本実施形態では、一対のエンドプレート5,5は、連結ロッド6が結合される挟持面11と、挟持面11の縁部に設けられた外部固定用片12と、を有している。また、連結ロッド6は、外部固定用片12寄りの位置で挟持面11,11同士を結合する第1の連結ロッド6Aと、第1の連結ロッド6Aと比較して外部固定用片12から離間した位置で挟持面11,11同士を結合する第2の連結ロッド6Bとを有している。そして、上記結合部21は、第2の連結ロッド6Bとエンドプレート5Aとの結合に適用されている。
外部固定用片12を介して電池モジュール1を筐体Kに固定した場合、振動による衝撃荷重が作用した際の連結ロッド6に対するエンドプレート5の変動量は、固定位置である外部固定用片12から遠ざかる程大きくなると考えられる。したがって、エンドプレート5Aと第2の連結ロッド6Bとの結合に上記結合部21を適用することで、振動による衝撃荷重が作用した場合の連結ロッド6の変形や破損を好適に抑制できる。
本実施形態では、結合部21において、エンドプレート5Aは、円筒部22の一端面22aと雄ネジ23の座面23aとによって挟持されている。これにより、振動による衝撃荷重が作用した際の連結ロッド6に対するエンドプレート5の変動自体を抑制することが可能となる。
[結合部の変形例]
図4は、変形例におけるエンドプレートと連結ロッドとの結合部を示す要部拡大断面図である。図4の例では、図3と同様に、弾性部材3に当接する一方のエンドプレート5Aと、外部固定用片12から離間した位置に配置された第2の連結ロッド6Bとの結合部を示している。同図に示すように、変形例に係る結合部31では、雄ネジ33が段付きボルトである点で上記実施形態と相違している。
すなわち、第2実施形態では、雄ネジ33において、ネジ部36の径よりも大きい大径部37が軸部35の基端側に設けられている。雄ネジ33の軸部35は、エンドプレート5Aの外側から挿通孔13に挿通され、軸部35の先端側のネジ部36は、挿通孔13の内側開口端13aから突出して円筒部22の雌ネジ27に螺合している。挿通孔13の内壁は、外側開口端13bから内側開口端13aまでの略全体にわたって雄ネジ33の大径部37の周面と対向した状態となっている。
このような第2実施形態では、挿通孔13の内壁の略全体が雄ネジ33のネジ部36に対して非対向となる。したがって、振動による衝撃荷重が作用した場合でもネジ部36が挿通孔13の内壁に干渉せず、ネジ部36に過剰な荷重がかかることを防止できるので、連結ロッド6の変形や破損を抑制できる。また、ネジ部36の径よりも大きい大径部37が挿通孔13内に位置するため、挿通孔13の内壁と大径部37の周面との間隔を小さくすることができ、挿通孔13内での連結ロッド6のがたつきを抑えることができる。
なお、連結ロッド6、エンドプレート5、挿通孔13などの製造公差により、図5に示すように、挿通孔13の中心Xに対して雌ネジ27が偏心することが考えられる。この場合、雄ネジ33として、大径部37の半径が互いに異なる複数の種類の段付きボルトを用いることが好適である。大径部37の半径が挿通孔13を開口側から見通した場合の挿通孔13の内壁から雌ネジ27の中心Yまでの最短距離Aと略一致するように雄ネジ33の種類を選択することで、挿通孔13内での連結ロッド6のがたつきを一層確実に抑えることができる。
[他の変形例]
上記実施形態では、弾性部材3が当接しているエンドプレート5Aと連結ロッド6との結合に適用される結合部21,31を説明したが、弾性部材3と反対側で配列体2に当接しているエンドプレート5Bと連結ロッド6との結合は、任意の構成を採り得る。例えば連結ロッド6の他端側は、ボルト頭部となっていてもよい。また、例えばエンドプレート5Bと連結ロッド6との結合は、連結ロッド6の他端部に形成したネジ部にナットを螺合した構成であってもよい(図1参照)。この場合、ネジ部に2つのナットを螺合したダブルナット構成を採用してもよい。ダブルナット構成では、内側(エンドプレート側)のナットの緩みを外側(ネジ部の先端側)のナットによって規制できる。
エンドプレート5Bと連結ロッド6との結合に上記結合部21,31の構成を適用してもよい。エンドプレート5Aと連結ロッド6との結合及びエンドプレート5Bと連結ロッド6との結合の双方に結合部21,31を適用することで、振動による衝撃荷重が作用した場合の連結ロッド6の変形や破損を一層確実に抑制できる。結合部21,31は、弾性部材3を配置しない電池モジュール1に対して適用してもよい。
上記実施形態では、外部固定用片12から離間した位置に配置された第2の連結ロッド6Bとエンドプレート5との結合に結合部21,31を適用しているが、外部固定用片12寄りの位置に配置された第1の連結ロッド6Aとエンドプレート5との結合に結合部21,31を適用してもよい。第1の連結ロッド6Aとエンドプレート5との結合及び第2の連結ロッド6Bとエンドプレート5との結合の双方に結合部21,31を適用することで、振動による衝撃荷重が作用した場合の連結ロッド6の変形や破損を一層確実に抑制できる。
1…電池モジュール、2…配列体、3…弾性部材、5(5A,5B)…エンドプレート、6(6A,6B)…連結ロッド、7…電池セル、11…挟持面、12…外部固定用片、13…挿通孔、21…結合部、22…円筒部、22a…一端面、23…雄ネジ、23a…座面、25…軸部、26…ネジ部、27…雌ネジ、31…結合部、33…雄ネジ、35…軸部、36…ネジ部、37…大径部。

Claims (6)

  1. 複数の電池セルを配列してなる配列体と、
    前記配列体を前記電池セルの配列方向に挟む一対のエンドプレートと、
    前記一対のエンドプレート同士を連結する連結ロッドと、を備え、
    前記エンドプレートは、前記連結ロッドを挿通させる挿通孔を有し、
    前記連結ロッドは、一端側に雌ネジが設けられた円筒部と、先端側にネジ部が設けられた軸部を有する雄ネジと、を有し、
    前記挿通孔に前記軸部が挿通した前記雄ネジが前記一対のエンドプレート間に配置された前記円筒部の前記雌ネジに螺合したことによって、前記連結ロッドと一方のエンドプレートとの結合部が構成されている電池モジュール。
  2. 前記一方のエンドプレートと前記配列体との間に弾性部材が配置されている請求項1記載の電池モジュール。
  3. 前記一対のエンドプレートは、前記連結ロッドが結合される挟持面と、前記挟持面の縁部に設けられた外部固定用片と、を有し、
    前記連結ロッドは、前記外部固定用片寄りの位置で前記挟持面同士を結合する第1の連結ロッドと、前記第1の連結ロッドと比較して前記外部固定用片から離間した位置で前記挟持面同士を結合する第2の連結ロッドと、を有し、
    前記結合部は、少なくとも前記第2の連結ロッドと前記一方のエンドプレートとの結合に適用されている請求項1又は2記載の電池モジュール。
  4. 前記結合部において、前記一方のエンドプレートは、前記円筒部の前記一端側の端面と前記雄ネジの座面とによって挟持されている請求項1〜3のいずれか一項記載の電池モジュール。
  5. 前記雄ネジは、前記ネジ部の径よりも大きい大径部が前記軸部の基端側に設けられた段付きボルトである請求項1〜4のいずれか一項記載の電池モジュール。
  6. 前記大径部の半径は、前記挿通孔を開口側から見通した場合の前記挿通孔の内壁から前記雌ネジの中心までの最短距離と略一致している請求項5記載の電池モジュール。
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