JP2023117939A - 電池パック - Google Patents

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伊織 小林
Iori Kobayashi
真浩 坂田
Masahiro Sakata
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Abstract

【課題】電池スタックを電池パックケースに締結する際に、電池スタックに共振が生じるのを抑制できる電池パックを得る。【解決手段】複数の電池セル18が積層されてなる電池スタック16が収容された電池パックケース12と、電池スタック16における電池セル18の積層方向の両端部から、積層方向の外側へ張り出し、電池パックケース12の積層方向を向く両壁部に形成された締結部14にそれぞれ締結された張出部26を有する複数の固定部材20と、電池スタック16の上面を押さえられるように積層方向に延在するとともに、その積層方向の両端部が張出部26と共に締結部14に締結された複数の押さえ部材30と、を備えた電池パック10であって、押さえ部材30は、締結部14よりも積層方向の内側に上方側へ凸となる屈曲凸部34を有し、締結部14に締結されることにより、屈曲凸部34よりも積層方向の内側が下方側へ付勢されるように構成されている。【選択図】図1

Description

本発明は、電池パックに関する。
複数の電池セルを内部に収容する電池パックは、従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。この電池パックの内部に収容されている複数の電池セルは、絶縁外装体で被覆された部分以外の部分に接触する粘着性を有するセル押さえ部材によって固定されている。
特開2009-295381号公報
複数の電池セルが積層かつ拘束されてなる電池スタックを電池パックケースに固定する他の方法としては、例えば電池スタックを上方側から押さえる押さえ部材を電池パックケースにボルト締結することによって固定する方法がある。
しかしながら、押さえ部材をボルト締結によって固定する場合、そのボルトを締結しているときの振動により、電池スタックに共振(振動の伝達)が生じ、積層された複数の電池セルに対する拘束が解除されてしまうおそれがある。積層された複数の電池セルに対する拘束が解除されてしまうと、各電池セル間で短絡が発生したり、電池セルの内部で短絡が発生したりするおそれがある。
そこで、本発明は、電池スタックを電池パックケースに締結する際に、電池スタックに共振が生じるのを抑制できる電池パックを得ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の電池パックは、複数の電池セルが積層されてなる電池スタックと、前記電池スタックが収容された電池パックケースと、前記電池スタックに設けられた複数の固定部材であって、前記電池スタックにおける前記電池セルの積層方向の両端部から該積層方向の外側へ張り出し、前記電池パックケースの前記積層方向を向く両壁部に形成された複数の締結部にそれぞれ締結された張出部を有する前記固定部材と、前記電池スタックの上面を押さえられるように前記積層方向に延在するとともに、前記積層方向の両端部が前記張出部と共に前記締結部に締結された複数の押さえ部材と、を備え、前記押さえ部材は、前記締結部よりも前記積層方向の内側に上方側へ凸となる屈曲凸部を有し、前記締結部に締結されることにより、前記屈曲凸部よりも前記積層方向の内側が下方側へ付勢されるように構成されている。
請求項1に記載の発明によれば、電池スタックの上面を押さえられるように、複数の電池セルの積層方向(以下、単に「積層方向」という)に延在する押さえ部材は、その両端部が、電池スタックに設けられた固定部材の張出部と共に電池パックケースの締結部に締結される。ここで、その押さえ部材は、締結部よりも積層方向の内側に上方側へ凸となる屈曲凸部を有しているため、締結部に締結されることにより、屈曲凸部よりも積層方向の内側に下方側へ向かう変形荷重が生じる。つまり、押さえ部材は、その屈曲凸部よりも積層方向の内側が下方側へ付勢される。したがって、電池スタックを電池パックケースに締結する際、その電池スタックは、押さえ部材によって上方側から押圧されるため、電池スタックに共振が生じるのが抑制される。
また、請求項2に記載の電池パックは、請求項1に記載の電池パックであって、前記屈曲凸部は、前記張出部よりも前記積層方向の内側に形成されている。
請求項2に記載の発明によれば、押さえ部材の屈曲凸部が、固定部材の張出部よりも積層方向の内側に形成されている。したがって、押さえ部材の屈曲凸部が、固定部材の張出部よりも積層方向の外側に形成されている場合に比べて、押さえ部材の屈曲凸部よりも積層方向の内側の下方側への変形が張出部によって阻害されるおそれがなく、その屈曲凸部よりも積層方向の内側の下方側への付勢力、即ち電池スタックを上方側から押圧する押圧力が増加される。
また、請求項3に記載の電池パックは、請求項1又は請求項2に記載の電池パックであって、前記押さえ部材の前記積層方向の中央部に下方側へ凸となる突出部が形成されている。
請求項3に記載の発明によれば、押さえ部材の積層方向の中央部に下方側へ凸となる突出部が形成されている。ここで、複数の電池セルが積層かつ拘束されてなる電池スタックは、その積層方向の中央部が上方側へ浮き上がり易い。したがって、押さえ部材の積層方向の中央部に下方側へ凸となる突出部が形成されていると、押さえ部材の積層方向の中央部に下方側へ凸となる突出部が形成されていない場合に比べて、電池スタックが上方側から効率よく押圧され、電池スタックの上方側への浮き上がりが効果的に抑制される。
また、請求項4に記載の電池パックは、請求項1~請求項3の何れか1項に記載の電池パックであって、前記押さえ部材の前記屈曲凸部よりも前記積層方向の内側に補強用のリブが形成されている。
請求項4に記載の発明によれば、押さえ部材の屈曲凸部よりも積層方向の内側に補強用のリブが形成されている。したがって、押さえ部材の屈曲凸部よりも積層方向の内側に補強用のリブが形成されていない場合に比べて、押さえ部材の強度が向上され、屈曲凸部よりも積層方向の内側に対して下方側へ向かう変形荷重がより効果的に伝達される。
以上のように、本発明によれば、電池スタックを電池パックケースに締結する際に、電池スタックに共振が生じるのを抑制することができる。
本実施形態に係る電池パックを示す分解斜視図である。 本実施形態に係る押圧ブラケットを示す斜視図である。 本実施形態に係る押圧ブラケットを示す側面図である。 本実施形態に係る電池パックケースに電池スタックを収容した状態を示す分解斜視図である。 本実施形態に係る電池パックケースに電池スタックを収容した状態を一部拡大して示す側断面図である。 本実施形態に係る電池パックを示す斜視図である。 本実施形態に係る電池パックを示す側断面図である。 (A)本実施形態に係る押圧ブラケットの締結前の状態を示す側断面図である。(B)本実施形態に係る押圧ブラケットの締結後の状態を示す側断面図である。 本実施形態に係る押圧ブラケットの締結前の状態を一部拡大して示す側断面図である。 本実施形態に係る押圧ブラケットの締結後の状態を一部拡大して示す側断面図である。 本実施形態に係る電池パックの変形例を示す側断面図である。 (A)比較例に係る押圧ブラケットの締結前の状態を示す側断面図である。(B)比較例に係る押圧ブラケットの締結後の状態を示す側断面図である。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印UPを電池パックの上方向、矢印FRを電池パックの前方向、矢印RHを電池パックの右方向とする。そして、以下の説明で、特記することなく上下、前後、左右の方向を記載した場合は、電池パックの上下方向の上下、電池パックの前後方向の前後、電池パックの左右方向の左右を示すものとする。
図1に示されるように、本実施形態に係る電池パック10は、上方側が開放されるとともに、前後方向が長手方向とされた略矩形筐体状の電池パックケース12を備えている。電池パックケース12は、一例として、アルミニウムを主成分とする金属で形成されており、矩形平板状の底壁12Dと、その底壁12Dの前端部及び後端部から一体に立設された前壁12F及び後壁12Bと、その底壁12Dの左端部及び右端部から一体に立設された左側壁12L及び右側壁12Rと、を有している。
なお、前壁12F及び後壁12Bと左側壁12L及び右側壁12Rとは一体に連続しており、前壁12F及び後壁12Bと左側壁12L及び右側壁12Rとで、電池パックケース12の周壁を構成している。また、両壁部としての前壁12F及び後壁12Bは、所定の厚みを有しており、それぞれの上端部における左右両側には、締結部としての段差状の凹部14が一体に形成されている。
すなわち、各凹部14は、それぞれ前壁12F及び後壁12Bの内面から上面の一部にかけて矩形状に切り欠かれるようにして形成されており、その深さは、後述する固定ブラケット20の張出部26と押圧ブラケット30の被締結部32とをボルト40で締結したときに、そのボルト40の頭部42が前壁12F及び後壁12Bの上端面から上方側へ突出しない程度の深さとされている(図7、図10参照)。そして、各凹部14の底面14Aにおける所定の位置には、ボルト40が螺合される雌ネジ部14Bが形成されている。
また、電池パック10は、電池パックケース12に収容される電池スタック16を備えている。電池スタック16は、車両を駆動させるための電力を蓄電する組電池であり、複数の電池セル18が前後方向(電池パックケース12の長手方向)に積層されて構成されている。すなわち、電池スタック16は、全体として、電池パックケース12の内部に、隙間少なく配置される程度の大きさとされた略直方体状に形成されている。
また、電池スタック16には、固定部材としての金属製の固定ブラケット20が左右一対で設けられている。図7に示されるように、固定ブラケット20は、左右方向から見た側面視で、略「U」字状に形成されており、電池スタック16の下面に接触して配置される平板状の連結部22と、連結部22の前後方向の両端部から上方側へ向かって起立し、電池スタック16の前面及び後面にそれぞれ接触して配置される平板状の起立部24と、起立部24の上端部から前方側及び後方側へそれぞれ張り出す平板状の張出部26と、を有している。
つまり、複数の電池セル18が積層されて構成されている電池スタック16は、固定ブラケット20によって、その積層方向に加圧されて拘束されている。なお、図5に示されるように、起立部24は、その高さが、電池スタック16(電池セル18)の高さよりも若干高くなるように形成されており、電池スタック16が電池パックケース12に収容されたとき(締結前)における凹部14の底面14Aの位置よりも高くなるように形成されている。すなわち、張出部26の下面と凹部14の底面14Aとの間には、上下方向に沿った所定の間隙Sが形成されるようになっている。
また、図1、図4に示されるように、張出部26は、平面視で略「Y」字状に形成されており、電池パックケース12の前壁12F及び後壁12Bに形成された各凹部14内に配置可能な幅(左右方向に沿った長さ)に形成されている。つまり、張出部26の幅は、凹部14の幅よりも小さくなるように形成されている。そして、固定ブラケット20は、各張出部26における二股状の根元付近の間に、後述するボルト40の軸部44が挿通されて雌ネジ部14Bに螺合されることにより、各凹部14に締結されるようになっている。
また、図1、図4に示されるように、電池パックケース12に収容された電池スタック16は、その上面が、左右一対の押さえ部材としての金属製の押圧ブラケット30によって上方側から下方側(電池パックケース12の底壁12D)へ向けて押圧されて押さえられるようになっている。
図1~図4に示されるように、押圧ブラケット30は、前後方向(電池セル18の積層方向)に延在しており、その両端部(一端部及び他端部)である被締結部32が、固定ブラケット20の張出部26と共に各凹部14に締結されるようになっている。具体的に説明すると、押圧ブラケット30は、略矩形平板状の被締結部32を有しており、その被締結部32には、それぞれ後述するボルト40の軸部44を挿通させるための円形状の貫通孔32A(図2参照)が形成されている。
なお、被締結部32は、固定ブラケット20の張出部26と同様に、電池パックケース12の前壁12F及び後壁12Bに形成された各凹部14内に配置可能な幅(左右方向に沿った長さ)に形成されている。つまり、被締結部32の幅は、凹部14の幅よりも小さくなるように形成されている(図6参照)。
また、押圧ブラケット30の被締結部32から長手方向(延在方向であり、電池セル18の積層方向)の内側、詳細には図9に示されるように、凹部14内に配置された固定ブラケット20の張出部26の上面に被締結部32が配置された状態で、その凹部14、好ましくは張出部26よりも長手方向の内側には、上方側へ凸となる屈曲凸部34が形成されている。換言すれば、被締結部32の先端部分から屈曲凸部34までの長手方向に沿った長さL1は、張出部26の長手方向に沿った長さL2よりも長く形成されている。
そして、ボルト40によって凹部14に締結される前の被締結部32の先端部分から屈曲凸部34までの水平方向に対する傾斜角度θ1(図9参照)は、ボルト40によって凹部14に締結されたときに変形した張出部26の水平方向に対する傾斜角度θ2(図10参照)よりも大きい角度となるように形成されている。なお、ボルト40によって凹部14に締結される前の屈曲凸部34における折り曲げ角度θ3(図9参照)は、鈍角となるように形成されている。
このような長さL1及び傾斜角度θ1に形成された屈曲凸部34によれば、被締結部32が、張出部26と共に凹部14に締結されたときには、屈曲凸部34よりも長手方向の内側に下方側へ向かう変形荷重が作用する。つまり、この押圧ブラケット30は、その屈曲凸部34よりも長手方向の内側が下方側へ付勢される構成になっている。
また、図2、図3に示されるように、屈曲凸部34の長手方向の内側には、水平方向に沿った平坦な上面及び下面を有する平坦部35が屈曲形成されている。平坦部35の高さ位置は、被締結部32の先端部分の高さ位置とほぼ同じ高さ位置になっている(図3参照)。そして、その平坦部35の上面には、補強用のリブ36が一体に立設されている。すなわち、平坦部35の上面には、平面視で略楕円形状を成すリブ36が所定の高さで形成されている。
また、平坦部35の長手方向の内側には、下方側へ凸となる突出部38が屈曲形成されている。具体的には、平坦部35の長手方向の内側には、クランク状に屈曲された屈曲部37が形成されており、その屈曲部37の長手方向の内側、換言すれば、押圧ブラケット30の長手方向の中央部に、押圧ブラケット30において最も低い高さ位置に位置する突出部38が形成されている。
この突出部38は、少なくとも水平方向に沿った平坦な下面を有しており、上記した変形荷重(付勢力)により、その下面が、電池スタック16の長手方向の中央部に存在する各電池セル18の上面に接触して、その上面を下方側へ向けて押圧するようになっている。なお、本実施形態におけるリブ36は、平坦部35と突出部38との境界部分である屈曲部37までも含んで形成されている(図2、図3参照)。
以上のような構成とされた本実施形態に係る電池パック10において、次にその作用(電池パック10の組立工程)について説明する。
図4に示されるように、まず電池パックケース12の内部に電池スタック16を配置する。すなわち、電池スタック16を電池パックケース12の内部に収容する。このとき、図5に示されるように、固定ブラケット20の連結部22の下面が、電池パックケース12の底壁12Dの上面に接触し、固定ブラケット20の各張出部26が各凹部14内に挿入される。
そして、このとき、固定ブラケット20の起立部24は、その高さが、凹部14の底面14Aの位置よりも高くなっているため、固定ブラケット20の張出部26の下面は、凹部14の底面14Aに対して非接触とされる。換言すれば、張出部26の下面と凹部14の底面14Aとの間には、上下方向に沿った所定の間隙Sが形成された状態となる。
次に、図6、図7に示されるように、押圧ブラケット30で電池スタック16を上方側から押さえる。すなわち、まず図8(A)、図9に示されるように、固定ブラケット20の張出部26の上面に、押圧ブラケット30の被締結部32の下面をそれぞれ重ねる。そして、図8(B)、図10に示されるように、ボルト40の軸部44を被締結部32の貫通孔32A及び張出部26における二股状の根元付近の間に挿通し、凹部14の雌ネジ部14Bに螺合する。
このとき、押圧ブラケット30の被締結部32よりも長手方向の内側には、上方側へ凸となる屈曲凸部34が形成されている。より具体的に言えば、その屈曲凸部34は、凹部14、好ましくは張出部26よりも長手方向の内側に形成されている(換言すれば、長さL1>長さL2とされている)。そして、締結前の被締結部32から屈曲凸部34までの水平方向に対する傾斜角度θ1は、ボルト40の締結によって変形した張出部26の水平方向に対する傾斜角度θ2よりも大きい角度とされている。
したがって、その被締結部32が張出部26と共にボルト40によって凹部14に締結されると、屈曲凸部34よりも長手方向の内側、即ち長手方向の中央部である突出部38に下方側へ向かう変形荷重が作用する。つまり、その屈曲凸部34よりも長手方向の内側に存在する突出部38が下方側へ向けて付勢される。以下、比較例を挙げて説明する。
図12に示されるように、屈曲凸部34が形成されていない比較例に係る押圧ブラケット130の場合には、被締結部132を張出部26と共にボルト40によって凹部14に締結しようとすると、凹部14の底面14Aと張出部26の下面との間に間隙S(図5参照)があるため、そのボルト40を螺合しているときにおいて、徐々に張出部26は長手方向の外側が低く、長手方向の内側が高くなるように傾斜し始める。
すると、その張出部26の上面に重ねられている被締結部132も長手方向の外側が低く、長手方向の内側が高くなるように傾斜し始め、押圧ブラケット130は、その長手方向の中央部である突出部138が上方側へ向かって突出するように撓み変形する。つまり、屈曲凸部34が形成されていない押圧ブラケット130の場合は、その突出部138に上方側へ向かう変形荷重が作用するため、その突出部138により、電池スタック16の上面を下方側へ向かって押圧することができない。
これに対し、本実施形態に係る押圧ブラケット30は屈曲凸部34を有している。そのため、図8(B)、図10に示されるように、被締結部32を張出部26と共にボルト40によって凹部14に締結しようとすると、張出部26の上面に重ねられている被締結部32も長手方向の外側が低く、長手方向の内側が高くなるように傾斜し始めるが、それに伴って押圧ブラケット30の長手方向の中央部、即ち突出部38に下方側へ向かう変形荷重(付勢力)が生じ始める。
これにより、電池スタック16の上面が、その突出部38によって下方側へ向かって押圧され始め、ボルト40を螺合しているときにおいて、電池スタック16が押圧ブラケット30によって上方側から効果的に押さえられる。したがって、電池スタック16を電池パックケース12にボルト40によって締結する際に、電池スタック16に共振が生じるのを抑制することができる。つまり、本実施形態によれば、複数の電池セル18に対する拘束が解除されるおそれが低減される。
また、本実施形態に係る押圧ブラケット30の屈曲凸部34は、凹部14はもちろん、張出部26よりも長手方向の内側に形成されている。そのため、押圧ブラケット30の屈曲凸部34が、張出部26よりも長手方向の外側に形成されている場合に比べて、押圧ブラケット30の屈曲凸部34よりも長手方向の内側の下方側への変形が張出部26によって阻害されるおそれがなく、その屈曲凸部34よりも長手方向の内側の下方側への付勢力、即ち電池スタック16を上方側から押圧する押圧力を増加させることができる。
また、本実施形態に係る押圧ブラケット30の長手方向の中央部には、下方側へ凸となる突出部38が形成されている。ここで、複数の電池セル18が積層かつ拘束されてなる電池スタック16は、全体的に積層方向の中央部が上方側へ凸となるように浮き上がり易い。つまり、電池スタック16の下面と電池パックケース12の底壁12Dの上面との間には、上下方向に沿った間隙が前後方向にばらつきを持って形成され易い。
したがって、押圧ブラケット30の長手方向の中央部に下方側へ凸となる突出部38が形成されていると、押圧ブラケット30の長手方向の中央部に下方側へ凸となる突出部38が形成されていない場合に比べて、電池スタック16の上面(特に積層方向における中央部の上面)を上方側から効率よく押圧することができ、電池スタック16(各電池セル18)の上方側への浮き上がりを効果的に抑制することができる。
更に、本実施形態に係る押圧ブラケット30の少なくとも平坦部35の上面には、補強用のリブ36が形成されている。そのため、平坦部35の上面に補強用のリブ36が形成されていない場合に比べて、押圧ブラケット30における屈曲凸部34よりも長手方向の内側部分の強度を向上させることができる。したがって、上記した下方側へ向かう変形荷重(付勢力)を、その屈曲凸部34から平坦部35を介して突出部38へ(屈曲凸部34よりも長手方向の内側に対して)より効果的に伝達することができる。
また、押圧ブラケット30が、上記のような屈曲凸部34、リブ36及び突出部38等を有する形状とされて、電池スタック16を上方側から押圧して押さえることができるため、電池スタック16を電池パックケース12に締結するためのボルト40の本数を低減させることができる。したがって、電池パック10の小型化及び製造コストの低コスト化を実現することができる。
また、リブ36により、少なくとも押圧ブラケット30における屈曲凸部34よりも長手方向の内側部分の強度を向上させることができるため、図6、図7に示されるように、ボルト40の螺合が完了したときには、電池スタック16の特に長手方向の中央部が、押圧ブラケット30(突出部38)によって上方側から所定の押圧力で押圧された状態が効果的に維持される。
すなわち、この押圧ブラケット30により、電池スタック16が電池パックケース12から脱落不能となる状態を維持することができる。なお、その状態を更に維持させるため、図11に示されるように、電池スタック16は、電池パックケース12の底壁12Dに接着剤28によって接合される構成になっていてもよい。
例えば、電池パックケース12の底壁12Dの上面に長手方向に延在する凹部13を各固定ブラケット20に対応して左右一対で形成し、各凹部13内に塗布された接着剤28により、少なくとも各固定ブラケット20の連結部22の下面を電池パックケース12の底壁12Dの上面に接合するようにしてもよい。
また、図示は省略するが、電池スタック16は、電池パックケース12の底壁12Dにボルトによって固定される構成にしてもよい。すなわち、例えば固定ブラケット20の連結部22から前方外側及び後方外側へフランジ部を張り出させ、そのフランジ部を電池パックケース12の底壁12Dの上面にボルトによって固定するようにしてもよい。
以上、本実施形態に係る電池パック10について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る電池パック10は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、固定ブラケット20及び押圧ブラケット30は、電池パック10に対して、それぞれ複数設けられていればよく、左右一対の2個に限定されるものではない。
10 電池パック
12 電池パックケース
14 凹部(締結部)
16 電池スタック
18 電池セル
20 固定ブラケット(固定部材)
26 張出部
30 押圧ブラケット(押さえ部材)
34 屈曲凸部
36 リブ
38 突出部

Claims (4)

  1. 複数の電池セルが積層されてなる電池スタックと、
    前記電池スタックが収容された電池パックケースと、
    前記電池スタックに設けられた複数の固定部材であって、前記電池スタックにおける前記電池セルの積層方向の両端部から該積層方向の外側へ張り出し、前記電池パックケースの前記積層方向を向く両壁部に形成された複数の締結部にそれぞれ締結された張出部を有する前記固定部材と、
    前記電池スタックの上面を押さえられるように前記積層方向に延在するとともに、前記積層方向の両端部が前記張出部と共に前記締結部に締結された複数の押さえ部材と、
    を備え、
    前記押さえ部材は、前記締結部よりも前記積層方向の内側に上方側へ凸となる屈曲凸部を有し、前記締結部に締結されることにより、前記屈曲凸部よりも前記積層方向の内側が下方側へ付勢されるように構成されている電池パック。
  2. 前記屈曲凸部は、前記張出部よりも前記積層方向の内側に形成されている請求項1に記載の電池パック。
  3. 前記押さえ部材の前記積層方向の中央部に下方側へ凸となる突出部が形成されている請求項1又は請求項2に記載の電池パック。
  4. 前記押さえ部材の前記屈曲凸部よりも前記積層方向の内側に補強用のリブが形成されている請求項1~請求項3の何れか1項に記載の電池パック。
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