JP2020161211A - Battery module, and vehicle equipped with the same - Google Patents

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憲吾 石橋
Kengo Ishibashi
憲吾 石橋
伸一 三堀
Shinichi Mitsubori
伸一 三堀
忍 寺内
Shinobu Terauchi
忍 寺内
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Abstract

To provide a battery module in which cell reaction force on an end plate caused by expansion of a battery is reduced using a simple structure and the weight of the end plate is reduced.SOLUTION: A battery module includes: a battery stack 2 obtained by stacking a plurality of rectangular battery cells 1 in the thickness direction; a pair of end plates 3 provided to the two end surfaces of the battery stack 2 in the stacking direction; and binder bars which are connected to the pair of end plates 3. The end plates 3 have, on surfaces thereof which face the battery stack 2, recesses 11 which allow expansion of the battery stack 2, and which become deeper towards central portions.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、複数の角形電池セルを積層している電池積層体の両端に配置してなるエンドプレートをバインドバーで連結してなる電池モジュールとこれを装備する車両に関する。 The present invention relates to a battery module in which end plates arranged at both ends of a battery laminate in which a plurality of square battery cells are laminated are connected by a bind bar, and a vehicle equipped with the same.

典型的な電池モジュールは、複数の角形電池セルからなる電池積層体と、電池積層体の両端面に配置される一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを連結するバインドバーとを備えている(特許文献1参照)。この電池モジュールは、電池積層体をエンドプレートとバインドバーにより拘束することで、複数の角形電池セルからなる電池積層体を集合化できるようになっている。 A typical battery module includes a battery laminate composed of a plurality of square battery cells, a pair of end plates arranged on both end faces of the battery laminate, and a bind bar connecting the pair of end plates ( See Patent Document 1). In this battery module, by restraining the battery laminate with an end plate and a bind bar, it is possible to assemble the battery laminate composed of a plurality of square battery cells.

国際公開第2012/057322号International Publication No. 2012/05/7322

特許文献1の電池モジュールは、バインドバーやエンドプレートを介して複数の角形電池セルからなる電池積層体が集合化されているため、電池積層体を構成する複数の角形電池セルの膨張が抑制されることになる。つまり、バインドバーやエンドプレートを介して、角形電池セルの膨張を抑制することになるため、バインドバーやエンドプレートに大きな力が加わる。 In the battery module of Patent Document 1, since a battery laminate composed of a plurality of square battery cells is assembled via a bind bar and an end plate, expansion of the plurality of square battery cells constituting the battery laminate is suppressed. Will be. That is, since the expansion of the square battery cell is suppressed through the bind bar and the end plate, a large force is applied to the bind bar and the end plate.

一方で、角形電池セルは、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度を高くしようとすると、充放電や劣化に伴う寸法変化が大きくなる傾向がある。バインドバーやエンドプレートにかかる負荷は、角形電池セルの膨張量に起因するため、寸法変化の大きい角形電池セルを用いる場合には、特許文献1の電池モジュールの構成では、エンドプレートやバインドバーに大きな負荷がかかり、エンドプレートやバインドバーが変形したり、破損したりするおそれがある。 On the other hand, in a square battery cell, when trying to increase the energy density per volume or the energy density per weight, the dimensional change due to charge / discharge or deterioration tends to be large. Since the load applied to the bind bar and the end plate is caused by the expansion amount of the square battery cell, when a square battery cell having a large dimensional change is used, the end plate and the bind bar are configured in the battery module configuration of Patent Document 1. A large load may be applied and the end plate and bind bar may be deformed or damaged.

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、エンドプレートを介して複数の角形電池セルを集合化する構成でありながら、エンドプレートにかかる負荷を低減することのできる技術を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving the above drawbacks, and an important object of the present invention is to form an end plate while assembling a plurality of square battery cells via an end plate. An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing such a load.

本発明のある態様の電池モジュールは、複数の角形電池セル1を厚さ方向に積層してなる電池積層体2と、電池積層体2の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレート3と、一対のエンドプレート3に連結されるバインドバー4とを備える。エンドプレート3は、電池積層体2との対向面に、中央部に向かって深くなる電池積層体2の膨張許容凹部11を設けている。
なお、以上の構成要素の電池モジュールを備えた車両もまた、本発明の態様として有効である。
The battery module according to an embodiment of the present invention includes a battery laminate 2 in which a plurality of square battery cells 1 are laminated in the thickness direction, and a pair of end plates arranged on both end surfaces of the battery laminate 2 in the stacking direction. 3 and a bind bar 4 connected to a pair of end plates 3 are provided. The end plate 3 is provided with an expansion allowable recess 11 of the battery laminate 2 that becomes deeper toward the center on the surface facing the battery laminate 2.
A vehicle provided with the battery modules of the above components is also effective as an aspect of the present invention.

以上の電池モジュールは、角形電池セルを充放電する際に、エンドプレートの電池積層体との対向面である電池対向面に設けられた膨張許容凹部により、角形電池セルの膨張に起因する電池積層体の膨張を許容することができるので、エンドプレートにかかる負荷を低減することができる。とくに、以上の電池モジュールは、エンドプレートの中央部に向かって深くなる膨張許容凹部を設けているので、エンドプレートの外周縁を電池積層体の外周縁に密着させて、角形電池セルを位置ずれしないように定位置に保持できる。 In the above battery module, when the square battery cell is charged and discharged, the battery stacking caused by the expansion of the square battery cell is caused by the expansion allowable recess provided on the battery facing surface which is the facing surface of the end plate with the battery stack. Since the expansion of the body can be tolerated, the load applied to the end plate can be reduced. In particular, since the above battery module is provided with an expansion allowable recess that becomes deeper toward the center of the end plate, the outer peripheral edge of the end plate is brought into close contact with the outer peripheral edge of the battery laminate, and the square battery cell is misaligned. Can be held in place so that it does not.

本発明の実施形態1に係る電池モジュールを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the battery module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1に示す電池モジュールの概略水平断面図である。It is a schematic horizontal sectional view of the battery module shown in FIG. 図2の電池モジュールのエンドプレートの要部拡大水平断面図である。It is an enlarged horizontal sectional view of the main part of the end plate of the battery module of FIG. エンドプレートの他の一例を示す要部拡大水平断面図である。It is an enlarged horizontal sectional view of a main part which shows another example of an end plate. エンドプレートの他の一例を示す要部拡大水平断面図である。It is an enlarged horizontal sectional view of a main part which shows another example of an end plate. エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example which mounts a battery module in a hybrid vehicle which runs by an engine and a motor. モータのみで走行する電気自動車に電池モジュールを搭載する例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example which mounts a battery module in an electric vehicle which runs only by a motor.

まず、本発明の一つの着目点について説明する。多数の角形電池セルを備える電池モジュールは、複数の角形電池セルを積層している電池積層体の両端面にエンドプレートを配置し、一対のエンドプレートをバインドバーで連結して、電池積層体を積層方向に加圧する状態で固定される。この電池モジュールは、一対のエンドプレートで電池積層体の両端を加圧状態に固定するので、エンドプレートに充分な強度が要求される。エンドプレートは、充放電される角形電池セルが膨張して内面からセル反力を受ける。エンドプレートは、膨張する電池積層体で内面から押圧されるので、電池積層体の面積と、電池積層体が押圧する圧力との積に比例するセル反力を受ける。そのため、充放電等に伴う寸法変化の大きい角形電池セルは、その膨張量に応じた大きさのセル反力がエンドプレートに作用することになる。そのため、実質的に寸法が変化しない程度まで、角形電池セルの膨張を抑制しようとすると、エンドプレートに作用するセル反力は、例えば、車両の走行モータを駆動する電源用の電池モジュールにおいては数トンと極めて大きくなる。 First, one point of interest of the present invention will be described. In a battery module including a large number of square battery cells, end plates are arranged on both end surfaces of a battery laminate in which a plurality of square battery cells are laminated, and a pair of end plates are connected by a bind bar to form the battery laminate. It is fixed in a state of being pressurized in the stacking direction. In this battery module, both ends of the battery laminate are fixed in a pressurized state with a pair of end plates, so that the end plates are required to have sufficient strength. In the end plate, the square battery cell to be charged and discharged expands and receives the cell reaction force from the inner surface. Since the end plate is pressed from the inner surface by the expanding battery laminate, it receives a cell reaction force proportional to the product of the area of the battery laminate and the pressure pressed by the battery laminate. Therefore, in a square battery cell whose dimensional change is large due to charging / discharging or the like, a cell reaction force having a size corresponding to the amount of expansion acts on the end plate. Therefore, when trying to suppress the expansion of the square battery cell to the extent that the dimensions do not change substantially, the cell reaction force acting on the end plate is, for example, a number in the battery module for the power source that drives the traveling motor of the vehicle. It becomes extremely large with tons.

一対のエンドプレートをバインドバーで連結して、電池積層体を積層方向に加圧する状態で固定する構成の目的の一つは、電池モジュールの寸法バラツキを抑制することにある。具体的には、電池モジュールの寸法バラツキは、車両等へ電池モジュールを搭載する際に、電池モジュールが指定のスペースに配置できなくなるなどの問題を招くことがあるため、電池モジュールの寸法バラツキを抑制するために、複数の電池セルからなる電池積層体を集合化するようになっている。
従って、角形電池セルの膨張を許容しながら、電池モジュールの寸法バラツキを抑制することが可能であれば、電池モジュールとしての性能を維持しつつ、エンドプレートに係る負荷を低減することができる。
One of the purposes of the configuration in which the pair of end plates are connected by a bind bar and the battery laminate is fixed in a state of being pressurized in the stacking direction is to suppress dimensional variation of the battery module. Specifically, the dimensional variation of the battery module suppresses the dimensional variation of the battery module because it may cause a problem that the battery module cannot be arranged in a specified space when the battery module is mounted on a vehicle or the like. In order to do so, a battery laminate composed of a plurality of battery cells is assembled.
Therefore, if it is possible to suppress the dimensional variation of the battery module while allowing the expansion of the square battery cell, it is possible to reduce the load on the end plate while maintaining the performance as the battery module.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらにまた、明細書において上下方向は図面において特定するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments shown below are examples for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not specified as the following. Further, the present specification does not specify the members shown in the claims as the members of the embodiment. Unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the constituent members described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention to that alone, but merely explanatory examples. It's just that. The size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated to clarify the explanation. Further, in the following description, members of the same or the same quality are shown with the same name and reference numeral, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are composed of the same member and the plurality of elements are combined with one member, or conversely, the function of one member is performed by the plurality of members. It can also be shared and realized. In addition, the contents described in some examples and embodiments can be used in other embodiments and embodiments. Furthermore, in the specification, the vertical direction shall be specified in the drawings.

(実施形態1)
図1及び図2は、実施形態1に係る電池モジュール10を示している。図1は電池モジュールの斜視図を示し、図2は電池モジュールの概略水平断面図を示している。これらの図に示す電池モジュール10は、複数の角形電池セル1を絶縁材のセパレータ6を挟んで積層した電池積層体2と、電池積層体2の両端面にあって、電池積層体2を両端面から挟んで定位置に保持している一対のエンドプレート3と、一対のエンドプレート3を連結しているバインドバー4と、バインドバーをエンドプレート3に固定する固定ピン5のボルト5Aとを備えている。
(Embodiment 1)
1 and 2 show the battery module 10 according to the first embodiment. FIG. 1 shows a perspective view of the battery module, and FIG. 2 shows a schematic horizontal sectional view of the battery module. The battery module 10 shown in these figures is a battery laminate 2 in which a plurality of square battery cells 1 are laminated with an insulating material separator 6 interposed therebetween, and both ends of the battery laminate 2 are located on both end surfaces of the battery laminate 2. A pair of end plates 3 sandwiched from a surface and held in place, a bind bar 4 connecting the pair of end plates 3, and a bolt 5A of a fixing pin 5 for fixing the bind bar to the end plate 3 I have.

以上の電池モジュール10は、図1に示すように全体形状を細長い箱形とし、角形電池セル1を多数積層して電池積層体2とし、電池積層体2を積層方向の両端面からエンドプレート3で挟み、両端のエンドプレート3をバインドバー4で連結して電池積層体2を加圧状態に固定している。電池積層体2は、積層された角形電池セル1を金属板のバスバー(図示せず)を介して直列に、あるいは並列に、あるいはまた直列と並列に接続している。 As shown in FIG. 1, the above battery module 10 has an elongated box shape as a whole, and a large number of square battery cells 1 are laminated to form a battery laminate 2, and the battery laminate 2 is formed from both end faces in the stacking direction to end plates 3 The end plates 3 at both ends are connected by a bind bar 4 to fix the battery laminate 2 in a pressurized state. In the battery laminate 2, the stacked square battery cells 1 are connected in series, in parallel, or in parallel with a series via a bus bar (not shown) of a metal plate.

角形電池セル1は、外形を幅よりも厚さを薄くした角形とする外装缶の開口部を封口板で閉塞して、封口板に正負の電極端子を設けて、この電極端子にバスバーを接続している。角形電池セル1を互いに直列に接続する電池モジュールは、出力電圧を高くして出力を大きくでき、並列に接続する電池モジュールは電流容量を大きくできる。角形電池セル1は、リチウムイオン二次電池などの非水系電解液二次電池である。ただし、角形電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、現在使用され、あるいはこれから開発される全ての二次電池とすることもできる。 In the square battery cell 1, the opening of the outer can having a square shape whose outer shape is thinner than the width is closed with a sealing plate, positive and negative electrode terminals are provided on the sealing plate, and a bus bar is connected to the electrode terminals. are doing. A battery module in which the square battery cells 1 are connected in series with each other can increase the output voltage to increase the output, and a battery module in which the square battery cells 1 are connected in parallel can increase the current capacity. The square battery cell 1 is a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery. However, the square battery cell can be any secondary battery currently used or will be developed, such as a nickel metal hydride battery or a nickel cadmium battery.

電池積層体2の両端に配置される一対のエンドプレート3は、バインドバー4に連結されて、電池積層体2を加圧する状態に保持して角形電池セル1の膨張によってセル反力を受ける。図2に示すエンドプレート3は、セル反力を減少するために、電池積層体2との対向面である電池対向面3Aに膨張許容凹部11を設けている。角形電池セル1は充放電されて膨張するが、その膨張量は中央部において大きくなる。電池積層体2は、複数の角形電池セル1を積層しているので、角形電池セル1の中央部が膨張すると、これを積層している電池積層体2は端面において中央部の膨張が大きくなる。角形電池セル1の膨張を許容するためにエンドプレート3は、電池積層体2との対向面に、中央部を凹部とする膨張許容凹部11を設けている。エンドプレート3は、膨張許容凹部11を設けてセル反力を著しく減少できる。膨張を許容することによって、電池積層体2の端面がエンドプレート3内面を押圧する圧力が著しく低下するからである。 The pair of end plates 3 arranged at both ends of the battery laminate 2 are connected to the bind bar 4, hold the battery laminate 2 in a pressurized state, and receive a cell reaction force due to the expansion of the square battery cell 1. The end plate 3 shown in FIG. 2 is provided with an expansion allowable recess 11 on the battery facing surface 3A, which is the facing surface with the battery laminate 2, in order to reduce the cell reaction force. The square battery cell 1 is charged and discharged and expands, but the amount of expansion increases in the central portion. Since the battery laminate 2 is made by stacking a plurality of square battery cells 1, when the central portion of the square battery cell 1 expands, the battery laminate 2 in which the central portion of the square battery cell 1 is laminated has a large expansion of the central portion at the end surface. .. In order to allow the expansion of the square battery cell 1, the end plate 3 is provided with an expansion allowable recess 11 having a central portion as a recess on the surface facing the battery stack 2. The end plate 3 can be provided with an expansion allowable recess 11 to significantly reduce the cell reaction force. This is because the pressure at which the end surface of the battery laminate 2 presses against the inner surface of the end plate 3 is significantly reduced by allowing the expansion.

膨張許容凹部11の深さは、電池積層体2の積層方向の寸法を考慮して最適値に設定される。エンドプレート3は、膨張許容凹部11を深くしてセル反力を小さくできる。従って、たとえば膨張許容凹部11の深さ(d)は、電池積層体2の積層方向の厚さの1/3000以上、好ましくは1/2000以上、さらに好ましくは1/1000以上とする。膨張許容凹部11は、深すぎると角形電池セル1の変形量が大きくなる。したがって、膨張許容凹部11の深さ(d)は、角形電池セル1の変形量も考慮して最適値に設定されるので、たとえば1/100以下、好ましくは1/200以下、さらに好ましくは1/300以下とする。ただし、本発明は膨張許容凹部11の深さ(d)を以上の範囲に特定するものでなく、膨張許容凹部11の深さ(d)は、角形電池セル1が膨張量とエンドプレート3の強度とを考慮して最適値に設定される。 The depth of the expansion allowable recess 11 is set to an optimum value in consideration of the dimensions of the battery laminate 2 in the stacking direction. The end plate 3 can reduce the cell reaction force by deepening the expansion allowable recess 11. Therefore, for example, the depth (d) of the expansion allowable recess 11 is set to 1/3000 or more, preferably 1/2000 or more, and more preferably 1/1000 or more of the thickness of the battery laminate 2 in the stacking direction. If the expansion allowable recess 11 is too deep, the amount of deformation of the square battery cell 1 becomes large. Therefore, the depth (d) of the expansion allowable recess 11 is set to an optimum value in consideration of the amount of deformation of the square battery cell 1, and therefore, for example, 1/100 or less, preferably 1/200 or less, more preferably 1. It shall be / 300 or less. However, the present invention does not specify the depth (d) of the expansion allowable recess 11 in the above range, and the depth (d) of the expansion allowable recess 11 is determined by the expansion amount of the square battery cell 1 and the expansion amount of the end plate 3. It is set to the optimum value in consideration of the strength.

図3はエンドプレート3の電池対向面3Aの拡大断面図を示している。この図のエンドプレート3は、外周縁に沿って所定の幅の平面部12を設けている。エンドプレート3の外周縁に設けた平面部12は、角形電池セル1の外周縁に所定の幅で面接触状態に接触して、角形電池セル1の位置ずれをより確実に阻止できる。さらに、図4の拡大断面図に示すエンドプレート3は、平面部12と膨張許容凹部11との境界部13の形状を、膨張許容凹部11の中央部に向かって次第に下り勾配の傾斜角(α)を大きくする形状としている。図3のエンドプレート3は、平面部12と膨張許容凹部11との境界線に、電池積層体2に向かって線状に尖って突出する突出ライン14ができる。突出ライン14が電池積層体2に向かって突出するエンドプレート3は、突出ライン14が電池積層体2の端面を局部的に線状に押圧すると角形電池セル1の表面を損傷する虞がある。図4と図5の拡大断面図に示すエンドプレート3は、この弊害を防止するために、平面部12と膨張許容凹部11との境界部13の形状を、中央部に向かって下り勾配に傾斜する傾斜角(α)を大きくしている。図4のエンドプレート3は、段階的に下り勾配の傾斜角(α)を変化し、図5のエンドプレート3は傾斜角(α)を連続的に変化させて境界部13を湾曲面としている。 FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the battery facing surface 3A of the end plate 3. The end plate 3 in this figure is provided with a flat surface portion 12 having a predetermined width along the outer peripheral edge. The flat surface portion 12 provided on the outer peripheral edge of the end plate 3 can contact the outer peripheral edge of the square battery cell 1 in a surface contact state with a predetermined width, and can more reliably prevent the misalignment of the square battery cell 1. Further, in the end plate 3 shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 4, the shape of the boundary portion 13 between the flat surface portion 12 and the expansion allowable recess 11 is gradually lowered toward the central portion of the expansion allowable recess 11 (α). ) Is enlarged. The end plate 3 of FIG. 3 has a protruding line 14 that linearly protrudes toward the battery laminate 2 at the boundary line between the flat surface portion 12 and the expansion allowable recess 11. The end plate 3 in which the projecting line 14 projects toward the battery stack 2 may damage the surface of the square battery cell 1 when the projecting line 14 locally presses the end surface of the battery stack 2 linearly. In the end plate 3 shown in the enlarged cross-sectional views of FIGS. 4 and 5, in order to prevent this adverse effect, the shape of the boundary portion 13 between the flat surface portion 12 and the expansion allowable recess 11 is inclined downward toward the central portion. The tilt angle (α) is increased. The end plate 3 of FIG. 4 changes the inclination angle (α) of the downward slope stepwise, and the end plate 3 of FIG. 5 continuously changes the inclination angle (α) so that the boundary portion 13 is a curved surface. ..

図4のエンドプレート3は、境界部13にできる突出ライン14を複数列に分割して電池積層体2の損傷を防止する。突出ライン14を複数列に分割することで、突出ライン14の先端角を平面に近づけられるからである。図5のエンドプレート3は、境界部13を湾曲面として突出ラインを皆無にして、電池積層体2の損傷を防止する。さらに、この構造の電池モジュール10は、電池積層体2とエンドプレート3との間に、後述する弾性熱伝導シート7を配置して、この弾性熱伝導シート7の損傷も防止できる特徴がある。突出ライン14が弾性熱伝導シート7を局部的に押圧して損傷しないからである。 The end plate 3 of FIG. 4 divides the protruding lines 14 formed at the boundary portion 13 into a plurality of rows to prevent damage to the battery laminate 2. This is because the tip angle of the protruding line 14 can be brought closer to a flat surface by dividing the protruding line 14 into a plurality of rows. The end plate 3 of FIG. 5 has a boundary portion 13 as a curved surface and has no protruding line to prevent damage to the battery laminate 2. Further, the battery module 10 having this structure is characterized in that an elastic heat conductive sheet 7 described later is arranged between the battery laminate 2 and the end plate 3 to prevent damage to the elastic heat conductive sheet 7. This is because the protruding line 14 locally presses the elastic heat conductive sheet 7 and does not damage it.

図2の断面図に示す電池モジュール10は、電池対向面3Aと電池積層体2との間に弾性熱伝導シート7を配置している。弾性熱伝導シート7は、電池積層体2が膨張して発生するセル反力に押されて厚さ方向に弾性変形するシートである。この弾性熱伝導シート7はセル反力で押圧されて薄く変形する。弾性熱伝導シート7には、たとえばシート状の熱伝導ゲル、柔軟なゴム状弾性体又は連続気泡のプラスチック発泡体に、金属やグラファイトなどの熱伝導粉末や金属繊維などの熱伝導繊維を添加したシートなどで、圧縮されて薄く弾性変形する全てのシートが使用できる。 In the battery module 10 shown in the cross-sectional view of FIG. 2, an elastic heat conductive sheet 7 is arranged between the battery facing surface 3A and the battery laminate 2. The elastic heat conductive sheet 7 is a sheet that is elastically deformed in the thickness direction by being pushed by the cell reaction force generated by the expansion of the battery laminate 2. The elastic heat conductive sheet 7 is pressed by the cell reaction force and deforms thinly. In the elastic heat conductive sheet 7, for example, a heat conductive powder such as metal or graphite or a heat conductive fiber such as metal fiber is added to a sheet-shaped heat conductive gel, a flexible rubber elastic body or an open cell plastic foam. All sheets that are compressed and thinly elastically deformed can be used.

弾性熱伝導シート7は、一方の面をエンドプレート3に面接触状態で密着して、他方の面を電池積層体2の端面に接触している。両面を電池積層体2の端面とエンドプレート3とに密着する弾性熱伝導シート7は、発熱する電池積層体2の熱エネルギーをエンドプレート3に熱伝導する。弾性熱伝導シート7を介して、電池積層体2の発熱をエンドプレート3に熱伝導できる電池モジュール10は、電池積層体2の端面に配置する角形電池セル1の温度上昇を少なくして熱暴走を防止できる。電池積層体2が膨張する状態と、膨張しない状態の両方で両面を電池積層体2とエンドプレート3に密着して熱暴走する弾性熱伝導シート7は、常に電池積層体2の発熱をエンドプレート3に効率よく熱伝導する。 One surface of the elastic heat conductive sheet 7 is in close contact with the end plate 3 in a surface contact state, and the other surface is in contact with the end surface of the battery laminate 2. The elastic heat conductive sheet 7 in which both sides are in close contact with the end face of the battery laminate 2 and the end plate 3 conducts heat energy of the battery laminate 2 that generates heat to the end plate 3. The battery module 10 capable of thermally conducting the heat generated by the battery laminate 2 to the end plate 3 via the elastic heat conduction sheet 7 reduces the temperature rise of the square battery cell 1 arranged on the end face of the battery laminate 2 and causes thermal runaway. Can be prevented. The elastic heat conductive sheet 7 in which both sides of the battery laminate 2 are in close contact with the battery laminate 2 and the end plate 3 in both the expanded state and the non-expanded state and the thermal runaway occurs always generate heat of the battery laminate 2 at the end plate. Efficiently conducts heat to 3.

弾性熱伝導シート7は、好ましくは絶縁性のシートが使用される。絶縁性の弾性熱伝導シート7は、熱伝導シートに絶縁シートを積層して実現できる。熱伝導シートと絶縁シートとを積層している絶縁性の弾性熱伝導シート7は、熱伝導シートと絶縁シートのいずれか、または一方を弾性変形するシートとする。熱伝導シートと絶縁シートとを積層している弾性熱伝導シート7は、優れた熱伝導特性の熱伝導のシートと、絶縁特性に優れたシートを積層して、優れた熱伝導特性と絶縁特性とを実現できる。 As the elastic heat conductive sheet 7, an insulating sheet is preferably used. The insulating elastic heat conductive sheet 7 can be realized by laminating an insulating sheet on the heat conductive sheet. The insulating elastic heat conductive sheet 7 in which the heat conductive sheet and the insulating sheet are laminated is a sheet that elastically deforms either or one of the heat conductive sheet and the insulating sheet. The elastic heat conductive sheet 7 in which a heat conductive sheet and an insulating sheet are laminated is obtained by laminating a heat conductive sheet having excellent heat conductive characteristics and a sheet having excellent insulating characteristics to have excellent heat conductive characteristics and insulating characteristics. Can be realized.

電池積層体2とエンドプレート3との間に、絶縁性の弾性熱伝導シート7を配置する電池モジュール10は、エンドプレート3の電池対向面3Aを金属で構成できる。この電池モジュール10は、電池積層体2との対向面を金属板とし、あるいはエンドプレート3全体をアルミニウム等の金属製とすることができる。また、表面を絶縁シートで絶縁している角形電池セル1を積層している電池積層体2は、弾性熱伝導シート7を絶縁シートとすることなく、また導電性の弾性熱伝導シート7と絶縁シートとを積層することなく、角形電池セル1の外装缶とエンドプレート3とを絶縁できる。 In the battery module 10 in which the insulating elastic heat conductive sheet 7 is arranged between the battery laminate 2 and the end plate 3, the battery facing surface 3A of the end plate 3 can be made of metal. In the battery module 10, the surface facing the battery laminate 2 may be a metal plate, or the entire end plate 3 may be made of a metal such as aluminum. Further, the battery laminate 2 in which the square battery cells 1 whose surface is insulated by an insulating sheet is laminated does not use the elastic heat conductive sheet 7 as an insulating sheet, and is insulated from the conductive elastic heat conductive sheet 7. The outer can of the square battery cell 1 and the end plate 3 can be insulated without stacking the sheets.

図1と図2の電池モジュール10は、エンドプレート3全体をアルミニウム製の金属ブロックとする。この電池モジュール10は、エンドプレート3の膨張許容凹部11でセル反力を減少して、エンドプレート3を金型で成形したアルミニウム製として軽量化できる。図示しないが、エンドプレート3は、電池積層体2との対向面を鉄や鉄合金の金属板とするエンドプレート3が使用できる。電池積層体2との対向面を金属板とするエンドプレート3は、複数の金属板を積層する構造、あるいは金属板の表面に金属ロッドや金属パイプを固定する構造、あるいはまた、金属板にプラスチック成形体を積層する構造などとすることができる。 In the battery module 10 of FIGS. 1 and 2, the entire end plate 3 is made of a metal block made of aluminum. The battery module 10 can be made of aluminum in which the end plate 3 is molded by a mold by reducing the cell reaction force at the expansion allowable recess 11 of the end plate 3. Although not shown, the end plate 3 can be an end plate 3 in which the surface facing the battery laminate 2 is a metal plate of iron or an iron alloy. The end plate 3 having a metal plate facing the battery laminate 2 has a structure in which a plurality of metal plates are laminated, a structure in which a metal rod or a metal pipe is fixed to the surface of the metal plate, or plastic on the metal plate. The structure may be such that the molded bodies are laminated.

バインドバー4は、両端をエンドプレート3に連結して、電池積層体2を加圧状態に締結する。図1のバインドバー4は、金属板の両端をエンドプレート3の両側面に固定ピン5であるボルト5Aでネジ止めして固定している。図示しないが、バインドバーは、金属板の両端を内側に折曲して折曲片を設け、この折曲片をエンドプレートの表面にネジ止めして固定することもできる。 Both ends of the bind bar 4 are connected to the end plate 3 to fasten the battery laminate 2 in a pressurized state. The bind bar 4 of FIG. 1 is fixed by screwing both ends of the metal plate to both side surfaces of the end plate 3 with bolts 5A which are fixing pins 5. Although not shown, the bind bar can also be fixed by bending both ends of the metal plate inward to provide a bent piece and screwing the bent piece to the surface of the end plate.

(電池モジュールを装備する車両)
以上の電池モジュールは、電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源に最適である。電池モジュールを搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電池モジュールを直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置100を構築して搭載する例を示す。
(Vehicles equipped with battery modules)
The above battery module is most suitable as a power source for supplying electric power to a motor for traveling an electric vehicle. As a vehicle equipped with a battery module, a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor, an electric vehicle that runs only on a motor, and the like can be used, and is used as a power source for these vehicles. An example in which a large number of the above-mentioned battery modules are connected in series or in parallel to obtain electric power for driving a vehicle, and a large-capacity, high-output power supply device 100 to which a necessary control circuit is added is constructed and mounted. Is shown.

図6は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両HVは、車両本体90と、この車両本体90を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、これらのエンジン96及び走行用のモータ93で駆動される車輪97と、モータ93に電力を供給する電源装置100と、電源装置100の電池を充電する発電機94とを備えている。電源装置100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、電源装置100の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、電源装置100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置100の電池を充電する。 FIG. 6 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor. The vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes a vehicle body 90, an engine 96 for traveling the vehicle body 90, a motor 93 for traveling, and wheels driven by these engines 96 and a motor 93 for traveling. 97, a power supply device 100 for supplying electric power to the motor 93, and a generator 94 for charging the battery of the power supply device 100 are provided. The power supply device 100 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95. The vehicle HV runs on both the motor 93 and the engine 96 while charging and discharging the battery of the power supply device 100. The motor 93 is driven to drive the vehicle in a region where the engine efficiency is low, for example, when accelerating or traveling at a low speed. The motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 100. The generator 94 is driven by the engine 96 or by regenerative braking when braking the vehicle to charge the battery of the power supply device 100.

また、図7は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両EVは、車両本体90と、この車両本体90を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93で駆動される車輪97と、このモータ93に電力を供給する電源装置100と、この電源装置100の電池を充電する発電機94とを備えている。電源装置100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。モータ93は、電源装置100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置100の電池を充電する。 Further, FIG. 7 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle traveling only by a motor. The vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure supplies electric power to the vehicle main body 90, the traveling motor 93 for running the vehicle main body 90, the wheels 97 driven by the motor 93, and the motor 93. A power supply device 100 for charging and a generator 94 for charging the battery of the power supply device 100 are provided. The power supply device 100 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95. The motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 100. The generator 94 is driven by the energy used for regenerative braking of the vehicle EV to charge the battery of the power supply device 100.

なお、実施の形態は、以下の構成によって特定されてもよい。
本発明の一の側面にかかる電池モジュールによれば、複数の角形電池セル1を厚さ方向に積層してなる電池積層体2と、電池積層体2の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレート3と、一対のエンドプレート3に連結されるバインドバー4とを備え、エンドプレート3は、電池積層体2との対向面に、中央部に向かって深くなる電池積層体2の膨張許容凹部11を備えることができる。
The embodiment may be specified by the following configuration.
According to the battery module according to one aspect of the present invention, a plurality of square battery cells 1 are laminated in the thickness direction and arranged on both end surfaces of the battery laminate 2 in the stacking direction. A pair of end plates 3 and a bind bar 4 connected to the pair of end plates 3 are provided, and the end plate 3 is a battery laminate 2 that becomes deeper toward the center on a surface facing the battery laminate 2. The expansion allowable recess 11 can be provided.

以上の電池モジュールは、極めて簡単な構造としながら、角形電池セルが膨張してエンドプレートを内面から押圧するセル反力を低減できる特徴がある。それは、以上の電池モジュールが、角形電池セルの膨張に起因する電池積層体の膨張を許容する膨張許容凹部をエンドプレートの電池積層体との対向面である電池対向面に設けて、電池積層体の膨張を許容するからである。とくに、以上の電池モジュールは、エンドプレートの中央部に向かって深くなる膨張許容凹部を設けているので、エンドプレートの外周縁を電池積層体の外周縁に密着させて、角形電池セルを位置ずれしないように定位置に保持できる。
したがって、以上の電池モジュールは、互いに積層している複数の角形電池セルを外周縁では保持して位置ずれを防止しながら、電池積層体中央部の膨張は許容する。角形電池セルは、中央部の膨張が大きいので、外周縁を位置ずれなく保持して、中央部の膨張を膨張許容凹部において許容する構造は、角形電池セルの位置ずれを防止して、膨張を許容してセル反力を減少できる。
The above battery module has a feature that the square battery cell expands and the cell reaction force that presses the end plate from the inner surface can be reduced while having an extremely simple structure. This is because the above battery module is provided with an expansion allowable recess that allows expansion of the battery laminate due to expansion of the square battery cell on the battery facing surface that is the facing surface of the end plate with the battery stack. This is because it allows the expansion of the battery. In particular, since the above battery module is provided with an expansion allowable recess that becomes deeper toward the center of the end plate, the outer peripheral edge of the end plate is brought into close contact with the outer peripheral edge of the battery laminate, and the square battery cell is misaligned. Can be held in place so that it does not.
Therefore, the above battery modules allow expansion of the central portion of the battery laminate while holding a plurality of square battery cells stacked on each other at the outer peripheral edge to prevent misalignment. Since the square battery cell has a large expansion in the central portion, the structure that holds the outer peripheral edge without displacement and allows the expansion of the central portion in the expansion allowable recess prevents the displacement of the square battery cell and causes expansion. The cell reaction force can be reduced by allowing it.

以上の特徴は、車両の走行モータを駆動する電池モジュールように、大電流で充放電される電池モジュールにとって極めて重要である。大電流の電池モジュールは、隣接して配置する隣の角形電池セルの電極端子に厚い金属板のバスバーを固定して、直列や並列に接続しているからである。厚い金属板のバスバーを電極端子に固定している角形電池セルは、相対的に位置ずれすると、バスバーと電極端子との連結部に無理な応力が作用して破損する欠点がある。角形電池セルの相対的な位置ずれを厚い金属板のバスバーが変形して吸収できないからである。以上の電池モジュールは、角形電池セルの位置ずれを防止しながら膨張を許容してセル反力を減少するので、バスバーには厚い金属板を使用して、バスバーの電気抵抗を小さくでき、大電流の充放電におけるバスバーの電力損失を小さくして、電池モジュール全体の電力効率を高くできる特徴も実現する。 The above features are extremely important for a battery module that is charged and discharged with a large current, such as a battery module that drives a traveling motor of a vehicle. This is because the high-current battery module has a thick metal plate bus bar fixed to the electrode terminals of adjacent square battery cells arranged adjacent to each other and connected in series or in parallel. A square battery cell in which a bus bar of a thick metal plate is fixed to an electrode terminal has a drawback that if the position is relatively displaced, an unreasonable stress acts on the connecting portion between the bus bar and the electrode terminal to damage the cell. This is because the bus bar of the thick metal plate is deformed and cannot absorb the relative misalignment of the square battery cell. Since the above battery module allows expansion and reduces cell reaction force while preventing misalignment of the square battery cell, a thick metal plate can be used for the busbar to reduce the electrical resistance of the busbar and a large current. It also realizes the feature that the power loss of the bus bar during charging and discharging can be reduced and the power efficiency of the entire battery module can be increased.

さらにまた、以上の電池モジュールは、エンドプレートのセル反力を減少できることから、強大なセル反力に耐える強靭な構造がエンドプレートに要求されず、エンドプレートを軽量化しながらセル反力による変形量を少なくして、角形電池セルを定位置に配置できる特徴も実現する。 Furthermore, since the above battery module can reduce the cell reaction force of the end plate, the end plate is not required to have a tough structure that can withstand a strong cell reaction force, and the amount of deformation due to the cell reaction force while reducing the weight of the end plate. The feature that the square battery cell can be arranged in a fixed position is also realized.

また、電池モジュールは、エンドプレート3の電池対向面3Aと電池積層体2との間に、電池積層体2のセル反力で厚さ方向に弾性変形する弾性熱伝導シート7を配置して、弾性熱伝導シート7の一方の面をエンドプレート3に面接触状態で接触し、他方の面を電池積層体2の端面に接触させることができる。さらに、電池モジュールは、弾性熱伝導シート7を絶縁シートとすることができる。 Further, in the battery module, an elastic heat conductive sheet 7 that elastically deforms in the thickness direction due to the cell reaction force of the battery laminate 2 is arranged between the battery facing surface 3A of the end plate 3 and the battery laminate 2. One surface of the elastic heat conductive sheet 7 can be brought into contact with the end plate 3 in a surface contact state, and the other surface can be brought into contact with the end surface of the battery laminate 2. Further, in the battery module, the elastic heat conductive sheet 7 can be used as an insulating sheet.

さらに、電池モジュールは、エンドプレート3の電池対向面3Aの外周縁に沿って所定の幅の平面部12を設けて、平面部12の内側に膨張許容凹部11を設けることができる。 Further, the battery module may be provided with a flat surface portion 12 having a predetermined width along the outer peripheral edge of the battery facing surface 3A of the end plate 3, and an expansion allowable recess 11 may be provided inside the flat surface portion 12.

さらにまた、電池モジュールは、エンドプレート3に設けている平面部12と膨張許容凹部11との境界部分を、膨張許容凹部11の中央部に向かって次第に下り勾配の傾斜角(α)を大きくすることができる。 Furthermore, in the battery module, the inclination angle (α) of the downward slope of the boundary portion between the flat surface portion 12 and the expansion allowable recess 11 provided in the end plate 3 is gradually increased toward the central portion of the expansion allowable recess 11. be able to.

さらにまた、電池モジュールは、エンドプレート3の平面部12と膨張許容凹部11との境界部分を連続的に傾斜角が変化する湾曲面とすることができる。 Furthermore, in the battery module, the boundary portion between the flat surface portion 12 of the end plate 3 and the expansion allowable recess 11 can be a curved surface whose inclination angle continuously changes.

本発明の一の側面に係る電池モジュールを装備する車両によれば、上記何れかの構成を備える電池モジュール10と、電池モジュール10から電力供給される走行用のモータ93と、電池モジュール10及びモータ93を搭載してなる車両本体90と、モータ93で駆動されて車両本体90を走行させる車輪97とを備えることができる。 According to the vehicle equipped with the battery module according to one aspect of the present invention, the battery module 10 having any of the above configurations, the traveling motor 93 to which power is supplied from the battery module 10, the battery module 10 and the motor A vehicle body 90 on which the 93 is mounted and wheels 97 driven by a motor 93 to drive the vehicle body 90 can be provided.

本発明に係る電池モジュール及びこれを装備する車両は、ハイブリッドカー、プラグインハイブリッドカー、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。 The battery module according to the present invention and a vehicle equipped with the battery module can be suitably used as a power supply device for a hybrid car, a plug-in hybrid car, an electric vehicle, or the like.

1…角形電池セル
2…電池積層体
3…エンドプレート
3A…電池対向面
4…バインドバー
5…固定ピン
5A…ボルト
6…セパレータ
7…弾性熱伝導シート
10…電池モジュール
11…膨張許容凹部
12…平面部
13…境界部
14…突出ライン
90…車両本体
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
97…車輪
100…電源装置
HV…車両
EV…車両
1 ... Square battery cell 2 ... Battery laminate 3 ... End plate 3A ... Battery facing surface 4 ... Bind bar 5 ... Fixing pin 5A ... Bolt 6 ... Separator 7 ... Elastic heat conductive sheet 10 ... Battery module 11 ... Expansion allowable recess 12 ... Flat surface 13 ... Boundary 14 ... Protruding line 90 ... Vehicle body 93 ... Motor 94 ... Generator 95 ... DC / AC inverter 96 ... Engine 97 ... Wheels 100 ... Power supply HV ... Vehicle EV ... Vehicle

Claims (7)

複数の角形電池セルを厚さ方向に積層してなる電池積層体と、
前記電池積層体の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
一対の前記エンドプレートに連結されるバインドバーとを備え、
前記エンドプレートは、前記電池積層体との対向面に、中央部に向かって深くなる前記電池積層体の膨張許容凹部を設けてなることを特徴とする電池モジュール。
A battery laminate made by stacking multiple square battery cells in the thickness direction,
A pair of end plates arranged on both end faces in the stacking direction of the battery laminate,
With a bind bar connected to the pair of end plates
The battery module is characterized in that the end plate is provided with an expansion allowable recess of the battery laminate that becomes deeper toward the center on a surface facing the battery laminate.
請求項1に記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートの電池対向面と前記電池積層体との間に、電池積層体のセル反力で厚さ方向に弾性変形する弾性熱伝導シートを配置しており、この弾性熱伝導シートの一方の面がエンドプレートに面接触状態で接触し、他方の面が電池積層体の端面に接触してなることを特徴とする電池モジュール。
The battery module according to claim 1.
An elastic heat conductive sheet that elastically deforms in the thickness direction due to the cell reaction force of the battery laminated body is arranged between the battery facing surface of the end plate and the battery laminated body, and one of the elastic heat conductive sheets. A battery module characterized in that a surface is in contact with an end plate in a surface contact state, and the other surface is in contact with an end surface of a battery laminate.
請求項2に記載される電池モジュールであって、
前記弾性熱伝導シートが絶縁シートであることを特徴とする電池モジュール。
The battery module according to claim 2.
A battery module characterized in that the elastic heat conductive sheet is an insulating sheet.
請求項1ないし3のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートの電池対向面が、外周縁に沿って所定の幅の平面部を有し、前記平面部の内側に前記膨張許容凹部を設けてなることを特徴とする電池モジュール。
The battery module according to any one of claims 1 to 3.
A battery module characterized in that a battery facing surface of the end plate has a flat surface portion having a predetermined width along an outer peripheral edge, and the expansion allowable recess is provided inside the flat surface portion.
請求項4に記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートに設けてなる前記平面部と前記膨張許容凹部との境界部分において、前記膨張許容凹部の中央部に向かって次第に下り勾配の傾斜角(α)を大きくしてなることを特徴とする電池モジュール。
The battery module according to claim 4.
At the boundary portion between the flat surface portion and the expansion allowable recess provided on the end plate, the inclination angle (α) of the downward slope is gradually increased toward the central portion of the expansion allowable recess. Battery module.
請求項5に記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートが、前記平面部と前記膨張許容凹部との境界部分を連続的に傾斜角が変化する湾曲面としてなることを特徴とする電池モジュール。
The battery module according to claim 5.
A battery module characterized in that the end plate serves as a curved surface whose inclination angle continuously changes at a boundary portion between the flat surface portion and the expansion allowable recess.
請求項1ないし6のいずれかに記載の電池モジュールを装備する車両であって、
前記電池モジュールと、該電池モジュールから電力供給される走行用のモータと、前記電池モジュール及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える車両。
A vehicle equipped with the battery module according to any one of claims 1 to 6.
The battery module, a traveling motor to which power is supplied from the battery module, a vehicle body on which the battery module and the motor are mounted, and wheels driven by the motor to drive the vehicle body are provided. vehicle.
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