JP2022010534A - Battery module - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、単電池を積層した電池モジュールに関する。 The present disclosure relates to a battery module in which a cell is laminated.
ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池においては、充放電や温度変化等によって、電極体内の電極板に膨張・収縮が生じる。電極板間の距離が増大すると、正極活物質層および負極活物質層の電子伝導性が低下するため、内部抵抗が上昇し、電池性能の低下が生じる。このため、電極板間の距離が増大しないよう、単電池(電池セル)を複数積層した電池モジュール(組電池)では、電池モジュールを構成する単電池に圧力(拘束荷重)を付与しておくことが望ましい。 In secondary batteries such as nickel-metal hydride batteries and lithium-ion batteries, the electrode plate inside the electrode expands and contracts due to charge / discharge and temperature changes. When the distance between the electrode plates increases, the electron conductivity of the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer decreases, so that the internal resistance increases and the battery performance deteriorates. For this reason, in a battery module (assembled battery) in which a plurality of cells (battery cells) are stacked so that the distance between the electrode plates does not increase, pressure (constrained load) should be applied to the cells constituting the battery module. Is desirable.
たとえば、特許文献1では、複数の単電池を積層した組電池を製造ロボットのアームで保持し、積層方向に圧縮するよう予圧した状態で筐体に挿入し、予圧を解除することにより、組電池が筐体の内壁間に圧縮された状態で保持している。 For example, in Patent Document 1, an assembled battery in which a plurality of cells are laminated is held by an arm of a manufacturing robot, inserted into a housing in a state of being preloaded so as to be compressed in the laminated direction, and the preloaded battery is released. Holds in a compressed state between the inner walls of the housing.
この構成では、筐体や単電池の寸法の精度により、組電池(電池モジュール)の拘束荷重が大きくばらつく可能性がある。また、電池モジュールを積層方向に圧縮するよう予圧した状態から、予圧を解除することにより拘束荷重を得る構成のため、電池モジュールに大きな拘束荷重をかけることが難しい。 In this configuration, the constraining load of the assembled battery (battery module) may vary greatly depending on the accuracy of the dimensions of the housing and the cell. Further, since the constraining load is obtained by releasing the preload from the state in which the battery module is preloaded so as to be compressed in the stacking direction, it is difficult to apply a large constraining load to the battery module.
本開示は、所望の大きな拘束荷重を付与することが可能な電池モジュールを提供することを目的とする。 It is an object of the present disclosure to provide a battery module capable of applying a desired large restraining load.
本開示の電池モジュールは、一対のエンドプレートの間に複数の単電池を積層した電池モジュールであり、一対のエンドプレートを連結し、単電池を積層方向に拘束する拘束部材を備える。電池モジュールは、単電池の間に配置され、積層方向と直交する方向に荷重が付与されることにより、積層方向に拘束荷重を付与する、一対のくさび部材と、一対のくさび部材の間に配置され、くさび部材に積層方向と直交する方向に荷重が付与されたときに圧縮荷重を受け、圧縮荷重による横ひずみによって積層方向に拘束荷重を付与する、ひずみ部材と、を備える。 The battery module of the present disclosure is a battery module in which a plurality of cell cells are laminated between a pair of end plates, and includes a restraining member that connects the pair of end plates and restrains the cell cells in the stacking direction. The battery module is arranged between a pair of wedge members and a pair of wedge members that are arranged between the cells and apply a restraining load in the stacking direction by applying a load in a direction orthogonal to the stacking direction. A strain member is provided, which receives a compressive load when a load is applied to the wedge member in a direction orthogonal to the stacking direction and applies a restraining load in the stacking direction by lateral strain due to the compressive load.
この構成によれば、一対のエンドプレート間に積層された複数の単電池は、拘束部材によって拘束される。単電池の間に配置された一対のくさび部材に、積層方向と直交する方向に荷重が付与されることにより、くさび部材から積層方向に拘束荷重が付与される。一対のくさび部材の間に配置されたひずみ部材は、くさび部材に積層方向と直交する方向に荷重が付与されたとき、圧縮荷重を受け、この圧縮荷重による横ひずみによって積層方向に拘束荷重を付与する。一対のくさび部材およびひずみ部材によって拘束荷重を付与するので、大きな拘束荷重を得ることができる。拘束荷重の大きさは、くさび部材に付与する、積層方向と直交する方向の荷重の大きさによって、制御可能であり、所望の拘束荷重を付与することができる。 According to this configuration, the plurality of cells stacked between the pair of end plates are constrained by the restraining member. By applying a load to the pair of wedge members arranged between the cells in the direction orthogonal to the stacking direction, a restraining load is applied from the wedge members in the stacking direction. The strain member arranged between the pair of wedge members receives a compressive load when a load is applied to the wedge member in a direction orthogonal to the stacking direction, and a restraining load is applied in the stacking direction by the lateral strain due to the compressive load. do. Since the restraining load is applied by the pair of wedge members and the strain member, a large restraining load can be obtained. The magnitude of the restraint load can be controlled by the magnitude of the load applied to the wedge member in the direction orthogonal to the stacking direction, and a desired restraint load can be applied.
本開示によれば、所望の大きな拘束荷重を付与することが可能な電池モジュールを提供することを目的とする。 According to the present disclosure, it is an object of the present invention to provide a battery module capable of applying a desired large restraining load.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
図1は、本実施の形態に係る電池モジュール1の斜視図である。図1に示すように、電池モジュール1は、一対のエンドプレート7、8と、拘束バンド9と、複数の単電池10と、複数のスペーサ20とを備える。複数の単電池10は、角型電池であり、その積層方向に沿って一列に複数個配置される。また、複数の単電池10は、厚さ方向の端面が隣接する単電池10の厚さ方向の端面と対向するように配置される。複数のスペーサ20は、複数の単電池10の間の各々に設けられる。
FIG. 1 is a perspective view of the battery module 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the battery module 1 includes a pair of
単電池10は、一対のエンドプレート7、8の間に積層されており、エンドプレート7、8には、エンドプレート7、8間の距離が拡大することを抑制するように拘束バンド9が設けられる。
The
拘束部材として機能する拘束バンド9は一対のエンドプレート7、8および複数の単電池10の周囲を囲んでおり、拘束バンド9によって一対のエンドプレート7、8が連結されることにより、エンドプレート7、8間の距離が拡大することが抑制される。拘束バンド9は、たとえば、継ぎ目のない環状の金属、あるいは、継ぎ目のない環状の炭素繊維強化プラスチック(CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics))から構成されている。
The
単電池10は、密閉型の角型二次電池であり、たとえば、リチウムイオン電池である。単電池10は、上面に開口部を有する直方形状の電池ケース11と、開口部を閉塞(封止)する蓋体13と、電池ケース11内に収容される扁平形状の電極体(図示せず)とを含む。蓋体13には、安全弁13jと、正極外部端子15aと、負極外部端子15bとが設けられる。蓋体13の全周が溶接によって電池ケース11の開口部に接合されている。これにより、単電池10内が密閉状態とされている。安全弁13jは、単電池10の内圧が上昇して開弁圧に達すると、安全弁13jが開裂することで単電池10の密閉状態を解放し、単電池10内のガスを電池外部に排出する。
The
電池モジュール1は、単電池10を直列接続したものであり、積層方向に隣り合う単電池10の正極外部端子15aと負極外部端子15bとが、バスバー3により電気的に接続されている。なお、電池モジュール1は単電池10を並列接続したものであってもよい。
The battery module 1 has the
電池モジュール1において、単電池10の積層方向の中央部には、くさび部材30が配置されている。くさび部材30は、単電池10と単電池10の間に配置される。くさび部材30の両側には、単電池10と単電池10の間に、弾性体からなる側方部材40が配置されている。
In the battery module 1, a
図2は、図1のA-A断面図であり、くさび部材30とくさび部材30の両側の単電池10を示した図である。図2に示すように、くさび部材30は、単電池10と単電池10の間に、上下方向に間隔をおいて一対配置されている。くさび部材30と単電池10の間には金属プレート50が配置され、くさび部材30およびひずみ部材60による拘束荷重を、金属プレート50を介して単電池10に伝達される。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, showing a
くさび部材30は、くさび31と、一対のくさび受け32から構成される。図3は、くさび31の三面図である。図3に示すように、くさび31は、一対の傾斜面31bを備え、側面がほぼ台形形状に形成されているとともに、複数の樹脂注入孔31aが設けられている。図4は、くさび受け32の三面図である。図4に示すように、くさび受け32は、くさび31の傾斜面31bと当接する傾斜面32bと、金属プレート50と当接する垂直面32cを備える。また、くさび受け32の垂直面32cには、接着剤が注入される複数の接着溝32aが形成されている。
The
図5は、くさび部材30の組み付け方法を示す図である。金属プレート50に、くさび受け32の垂直面32cを接着力の小さい接着剤で接着することにより、金属プレート50の上下方向に一対のくさび受け32を仮固定する。くさび受け32が仮固定された一対の金属プレート50を、図5(A)に示すように、単電池10と単電池10の間に配置し、金属プレート50と単電池10を当接させる。拘束バンド9で一対のエンドプレート7、8を連結した後、図5(A)に示すように、治具100によってエンドプレート7、8の方向に予荷重をかける。
FIG. 5 is a diagram showing a method of assembling the
続いて、図5(B)に示すように、上下方向から、左右方向一対のくさび受け32の間にくさび31を挿入し、所定の荷重で保持する。くさび31の傾斜面31b(図3参照)とくさび受け32の傾斜面32b(図4参照)が当接した状態で、上方のくさび31の樹脂注入孔31aから樹脂を注入する。これにより、上下のくさび部材30および左右の金属プレート50で囲まれた空間に樹脂が充填され、当該空間に存在した空気や余剰の樹脂は下方のくさび31の樹脂注入孔31aから排出される。注入する樹脂は、たとえば、ポリウレタン樹脂やポリエチレン樹脂等であってよく、硬化後のポアソン比の大きな樹脂が望ましい。注入された樹脂が硬化すると、ひずみ部材60が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, the
樹脂が硬化し、ひずみ部材60が形成されると、図5(C)に示すように、くさび31に、上下方向から荷重を付与する(くさび31を打ち込む)。この際、接着力の小さい接着剤で仮固定されていた、金属プレート50とくさび受け32の仮固定が解除され、くさび受け32は金属プレート50と相対移動可能になる。図6は、くさび31とくさび受け32に加わる力の関係を示した図である。図6において、くさび受け32から金属プレート50(単電池10)に加わる拘束荷重の大きさをF0とする。金属プレート50とくさび受け32の間の摩擦係数をμ1とし、くさび31とくさび受け32の間の摩擦係数をμ2とすると、金属プレート50とくさび受け32間の摩擦力はμ1F0となる。くさび31の傾斜面31b(くさび受け32の傾斜面32b)と鉛直方向のなす角度をθとしたとき、くさび受け32の傾斜面32bに加わる垂直抗力はF0cosθとなり、この垂直抗力によるくさび31とくさび受け32の間の摩擦力はμ2F0cosθとなる。したがって、くさび31に加える荷重をF3とすると、(くさび受け31は一対であるので、)F3/2がμ2F0cos2θより大きく、摩擦係数μ1と摩擦係数μ2が、「μ1<μ2cos2θ」の関係であれば、くさび31は、くさび受け32に拘束荷重を付与しつつ、くさび31およびくさび受け32(くさび部材30)が金属プレート50に対して相対移動し、ひずみ部材60を圧縮する。摩擦係数μ1と摩擦係数μ2は、「μ1<μ2cos2θ」の関係が成立するよう、たとえば、くさび部材30(くさび31およびくさび受け32)および金属プレート50の表面粗さを調整してもよい。
When the resin is cured and the
ひずみ部材60がくさび部材30によって圧縮されると、圧縮荷重によって、ひずみ部材60に横ひずみが生じる。この横ひずみにより、ひずみ部材60は、金属プレート50(単電池10)の拘束荷重を付与する。
When the
くさび31を打ち込み、くさび部材30およびひずみ部材60により所望の拘束荷重を単電池10(金属プレート50)に付与すると、図5(D)に示すよう、くさび受け32の接着溝32aに接着剤を流し込み、くさび受け32と金属プレート50を固定し、くさび部材30の組み付けが完了する。なお、くさび31はくさび受け32との摩擦力で保持される。
When the
図7は、拘束荷重を説明するための図であり、図2と同様な断面図である。図7に示すように、一対のくさび部材30(くさび31、くさび受け32)により、単電池10の積層方向の拘束荷重F1が付与され、ひずみ部材60の横ひずみにより拘束荷重F2が付与される。単電池10(金属プレート50)に加わる、拘束荷重F1および拘束荷重F2の単位面積当たりの大きさがほぼ同じ値となるように、くさび31の傾斜面31bの角度、くさび受け32の大きさ(金属プレート50との接触面積)、ひずみ部材60の大きさ(体積)、および、ひずみ部材60のポアソン比が選定されることが望ましく、これにより、拘束面において、荷重の均一化が図れる。但し、この要件は、必須ではない。
FIG. 7 is a diagram for explaining a restraint load, and is a cross-sectional view similar to FIG. 2. As shown in FIG. 7, a pair of wedge members 30 (
本実施の形態では、一対のくさび部材30およびひずみ部材60によって、単電池10に拘束荷重を付与するので、大きな拘束荷重を得ることができる。拘束荷重の大きさは、くさび部材30に付与する、積層方向と直交する方向の荷重(F4)の大きさによって、制御可能であり、所望の拘束荷重を付与することができる。
In the present embodiment, since the restraint load is applied to the
継ぎ目のある(たとえば、継ぎ目を溶接あるいは接着した)拘束バンドでは、継ぎ目の強度確保が難しいため、大きな拘束荷重を付与できないことがあったが、本実施の形態では、拘束バンド9に、継ぎ目のない環状の金属、あるいは、継ぎ目のない環状の炭素繊維強化プラスチックを用いているので、大きな拘束荷重を付与することができる。
In a restraint band having a seam (for example, the seam is welded or bonded), it is difficult to secure the strength of the seam, so that a large restraint load may not be applied. However, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、くさび部材30およびひずみ部材60を、単電池10の積層方向の中央部に配置したが、くさび部材30およびひずみ部材60を配置する場所は、中央部に限られない。また、くさび部材30およびひずみ部材60を、複数箇所に設けてもよい。
In the present embodiment, the
(変形例)
上記の実施の形態では、摩擦係数μ1と摩擦係数μ2が「μ1<μ2cos2θ」の関係になるようにし、くさび31を打ち込むことにより、くさび31がくさび受け32に拘束荷重を付与しつつ、くさび31およびくさび受け32(くさび部材30)が金属プレート50に対して相対移動し、ひずみ部材60を圧縮していた。変形例では、摩擦係数μ1と摩擦係数μ2の関係が、「μ1<μ2cos2θ」を不成立であっても、くさび31を打ち込むことにより、くさび31がくさび受け32に拘束荷重を付与しつつ、くさび31およびくさび受け32(くさび部材30)が金属プレート50に対して相対移動し、ひずみ部材60を圧縮できるようにする。
(Modification example)
In the above embodiment, the friction coefficient μ 1 and the friction coefficient μ 2 are set to have a relationship of “μ 1 <μ 2 cos 2 θ”, and the
図8は、変形例を説明する図であり、図5(C)に相当する図である。図8において、110は、くさび受け32にくさび31打ち込み方向への荷重を加える治具である。くさび31に上下方向から荷重を加える(くさび31を打ち込む)と同時に、治具110によって、くさび受け32に荷重を加える。くさび31に加える荷重およびくさび受け32に加える荷重の大きさを調整することにより、くさび31に加えた荷重で、くさび受け32に拘束荷重を付与しつつひずみ部材60を圧縮し、くさび受け32に加えた荷重によりひずみ部材60を圧縮する。この構成により、摩擦係数μ1と摩擦係数μ2の関係が、「μ1<μ2cos2θ」を不成立であっても、くさび部材30(くさび31、くさび受け32)によって、ひずみ部材60に圧縮荷重を付与し、ひずみ部材60の横ひずみにより、金属プレート50(単電池10)に拘束荷重を付与することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a modified example, and is a diagram corresponding to FIG. 5 (C). In FIG. 8, 110 is a jig that applies a load to the
本開示における実施態様を例示すると、次のような態様を例示できる。 By exemplifying the embodiments in the present disclosure, the following embodiments can be exemplified.
1)一対のエンドプレート(7、8)の間に複数の単電池(10)を積層した電池モジュール(1)であって、一対のエンドプレート(7、8)を連結し、単電池(10)を積層方向に拘束する拘束部材(9)と、単電池(10)の間に配置され、積層方向と直交する方向に荷重が付与されることにより、積層方向に拘束荷重を付与する、一対のくさび部材(30)と、一対のくさび部材(30)の間に配置され、くさび部材(30)に荷重が付与されたときに圧縮荷重を受け、圧縮荷重による横ひずみによって積層方向に拘束荷重を付与する、ひずみ部材(60)と、を備えた電池モジュール。 1) A battery module (1) in which a plurality of cell cells (10) are laminated between a pair of end plates (7, 8), and the pair of end plates (7, 8) are connected to the cell cell (10). ) Is placed between the restraining member (9) that restrains the stacking direction and the cell (10), and the load is applied in the direction orthogonal to the stacking direction to apply the restraining load in the stacking direction. It is placed between the wedge member (30) and the pair of wedge members (30), receives a compressive load when a load is applied to the wedge member (30), and is constrained in the stacking direction due to lateral strain due to the compressive load. A battery module comprising a strain member (60), which imparts.
2)1において、くさび部材(30)は、一対のくさび受け(32)とくさび受け(32)の間に配置されたくさび(31)から構成され、くさび(31)とくさび受け(32)により、ひずみ部材(60)に圧縮荷重を付与する。 2) In 1, the wedge member (30) is composed of a pair of wedge receivers (32) and a wedge (31) arranged between the wedge receivers (32), and is formed by the wedge (31) and the wedge receiver (32). , A compressive load is applied to the strain member (60).
3)2において、くさび受け(32)はプレート(50)に当接しており、プレート(50)を介して、単電池(10)の拘束荷重を付与する。 3) In 2, the wedge receiver (32) is in contact with the plate (50), and a restraining load of the cell (10) is applied via the plate (50).
4)3において、くさび(31)に樹脂注入孔(31a)が形成されており、樹脂注入孔(31a)から注入された樹脂が、一対のくさび部材(30)および一対のプレート(50)の間に形成された空間に充填され、樹脂が硬化することによりひずみ部材(60)が形成されている。 4) In 3, a resin injection hole (31a) is formed in the wedge (31), and the resin injected from the resin injection hole (31a) is formed in the pair of wedge members (30) and the pair of plates (50). The strain member (60) is formed by filling the space formed between them and curing the resin.
この構成によれば、ひずみ部材(60)が、一対のくさび部材(30)および一対のプレート(50)の間に形成された空間を満たすので、ひずみ部材(60)に圧縮荷重により発生する横ひずみを、拘束荷重として、効率的に単電池(10)(プレート(50))に付与できる。 According to this configuration, since the strain member (60) fills the space formed between the pair of wedge members (30) and the pair of plates (50), the lateral force generated by the compressive load on the strain member (60). The strain can be efficiently applied to the cell (10) (plate (50)) as a restraining load.
5)4において、樹脂が硬化した後、くさび(31)を打ち込むことにより、くさび受け(32)に拘束荷重を付与しつつ、くさび部材(30)(くさび(31)およびくさび受け(32))がプレート50に対して相対移動して、ひずみ部材60が圧縮荷重を受けることにより横ひずみが生じ、拘束荷重を付与する。
5) In 4, the wedge member (30) (wedge (31) and wedge holder (32)) while applying a restraining load to the wedge receiver (32) by driving the wedge (31) after the resin is cured. Moves relative to the
6)5において、所望の拘束荷重を付与した後、くさび受け(32)とプレート(50)を接着し、固定する。 6) In step 5, after applying the desired restraining load, the wedge receiver (32) and the plate (50) are adhered and fixed.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 電池モジュール、7 エンドプレート、8 エンドプレート、9 拘束バンド、10 単電池、20 スペーサ、30 くさび部材、31 くさび、31a 樹脂注入孔、31b 傾斜面、32 くさび受け、32a 接着溝、32b 傾斜面、32c 垂直面、40 側方部材、50 金属プレート、60 ひずみ部材。 1 Battery module, 7 end plate, 8 end plate, 9 restraint band, 10 cell, 20 spacer, 30 wedge member, 31 wedge, 31a resin injection hole, 31b inclined surface, 32 wedge receiving, 32a adhesive groove, 32b inclined surface , 32c vertical plane, 40 side members, 50 metal plates, 60 strain members.
Claims (1)
前記一対のエンドプレートを連結し、前記単電池を積層方向に拘束する拘束部材と、
前記単電池の間に配置され、前記積層方向と直交する方向に荷重が付与されることにより、前記積層方向に拘束荷重を付与する、一対のくさび部材と、
前記一対のくさび部材の間に配置され、前記くさび部材に前記荷重が付与されたときに圧縮荷重を受け、前記圧縮荷重による横ひずみによって前記積層方向に拘束荷重を付与する、ひずみ部材と、を備えた、電池モジュール。 A battery module in which multiple cells are stacked between a pair of end plates.
A restraining member that connects the pair of end plates and restrains the cell in the stacking direction.
A pair of wedge members arranged between the cells and applying a restraining load in the stacking direction by applying a load in a direction orthogonal to the stacking direction.
A strain member which is arranged between the pair of wedge members, receives a compressive load when the load is applied to the wedge member, and applies a restraining load in the stacking direction by lateral strain due to the compressive load. Equipped with a battery module.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024158045A1 (en) * | 2023-01-27 | 2024-08-02 | ビークルエナジージャパン株式会社 | Battery pack |
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2020
- 2020-06-29 JP JP2020111176A patent/JP2022010534A/en active Pending
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