JP5066870B2 - トレイ - Google Patents

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Description

本発明は、液状又はゲル状の電解質を有する複数の蓄電モジュールを支持するためのトレイに関するものである。
従来、車両には、バッテリ(ガソリンエンジンでは12[V]、大型ディーゼルエンジンでは24[V]の鉛電池)が搭載されており、このバッテリを車両に設置するためにバッテリトレイが用いられている(例えば、特許文献1−3参照)。
一方、近年、電気モータからの駆動力によって走行可能なバイブリッド自動車、燃料電池車および電気自動車などが注目されている。このような車両には、電気モータに供給される電力を蓄える二次電池やキャパシタ等の蓄電装置が搭載されている。
この蓄電装置を車両に搭載する場合においても、蓄電装置を車両に設置するための蓄電装置用トレイが用いられている(例えば、非特許文献1参照)。ここで、従来のハイブリッド自動車等では、金属製のトレイ上に、耐液性を有する樹脂製のトレイを配置し、この樹脂製のトレイ上に、蓄電装置を配置している。
この樹脂製のトレイの構成について、図7を用いて説明する。
トレイ700上には、不図示の蓄電装置が配置される。ここで、トレイ700は、X方向における両側に側壁704を有しており、一方の側壁704には、トレイ700上の蓄電装置を冷却するための冷却空気が通過する開口部703が形成されている。
また、トレイ700の上面(蓄電装置と接触する面)には、X方向に延びる複数のリブ701、702が形成されている。そして、リブ701、702は、Y方向において並列に設けられている。
このリブ701、702は、トレイ700が配置される金属製のトレイ(不図示)に形成されたリブに対応して形成されている。すなわち、従来では、金属製のトレイに凹凸形状のリブを形成することによって、金属製のトレイの強度を向上させるようにしている。
ここで、リブ701は、開口部703が形成された位置まで延びておらず、リブ701の一端と開口部703との間には、平坦な面Rが形成されている。一方、リブ702は、側壁704が形成された位置まで延びている。
特開2005−67478号公報 実開平6−74527号公報 実開平2−20271号公報 HARRIER HYBRID 新型車解説書、2005年3月、3−53頁
しかしながら、図7に示す構成では、以下に説明する不具合が生じるおそれがある。
トレイ700上に配置される蓄電装置として、液状又はゲル状の電解質を有する二次電池(又はキャパシタ)を用いた場合には、電池の使用状態によって電池内の電解質が外部に漏れてしまうおそれがある。
ここで、図7に示すトレイ700の構成では、上述したように、各リブ701がトレイ700の側壁704まで形成されておらず、各リブ701の一端と側壁704との間に平坦な面Rが形成されている。したがって、電池内の電解質が漏れてしまった場合には、この電解質が平坦面Rに移動し、平坦面R上の電解質を介して、例えば、隣り合う電池が短絡してしまうおそれがある。
そして、電池間での短絡が発生すると、トレイ700上において、トラッキングと呼ばれる現象(微小アーク熱による炭化現象)が生じるおそれがある。
そこで、本発明の目的は、蓄電モジュールの使用状態によって蓄電モジュール内の電解質が漏れてしまった場合でも、この電解質を介した蓄電モジュール間の短絡が発生するのを防止することができるトレイを提供することにある。
願第1の発明は、液状又はゲル状の電解質を有する複数の蓄電モジュールを備えた蓄電ユニットを支持するためのトレイであって、蓄電ユニットと上端で当接可能であって、トレイの一方の側壁から他方の側壁まで延びる突条部と、トレイの側壁に形成され、トレイ上の蓄電ユニットを冷却するための空気が通過する開口部とを有する。突条部は、トレイ上の領域のうち、蓄電モジュール間の位置に対応した位置に形成されているとともに、開口部まで延びており、開口部側の領域において、開口部側に面する斜面を有する
また、蓄電モジュール間の電圧が所定値(具体的には、略35[V])以上となる2つの蓄電モジュールに対応したトレイ上の領域を仕切る位置に、突条部を形成することができる。
本願第2の発明は、液状又はゲル状の電解質を有する複数の蓄電モジュールを備えた蓄電ユニットを支持するためのトレイであって、蓄電ユニットと上端で当接可能であって、トレイの一方の側壁から他方の側壁まで延びる突条部と、トレイの側壁に形成され、トレイ上の蓄電ユニットを冷却するための空気が通過する開口部とを有する。突条部は、トレイ上の領域のうち、蓄電モジュール間の位置に対応した位置に形成されているとともに、突条部のうち、開口部側の領域における幅、他の領域における幅よりも小さ
また、突条部が、一方の側壁から他方の側壁に向かう方向と略直交する方向にも延びるように形成することができる。例えば、突条部を、格子状に形成することができる。
本発明によれば、一方の側壁から他方の側壁まで延びる突条部を設けることによって、蓄電モジュールの使用状態によって蓄電モジュールから電解質が漏れた場合でも、この電解質が他の蓄電モジュールと接触するのを防止して、蓄電モジュール間の短絡を防止することができる。
また、突条部の一端によって開口部の一部を形成するようにすれば、蓄電ユニット(モジュール)に対して効率良く冷却用の空気を導くことができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、本発明の実施例1における二次電池を支持する支持ユニットの構成について、図1を用いて説明する。ここで、図1は、支持ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
金属製のトレイ100は、3つの支持領域101a〜101cにおいて、3つの電池ユニット200a〜200cを支持する。具体的には、各電池ユニット200a〜200cに形成されたフランジ201a〜201cを、トレイ100に形成された複数の受け部102にネジ等によって取り付けることによって、各電池ユニット200a〜200cがトレイ100上に固定される。
トレイ100の支持領域101a〜101cには、X方向に延びる複数のリブがY方向に並列に形成されている。このリブを形成することによって、トレイ100の強度を向上させることができる。
ここで、トレイ100における各支持領域100a〜100cと各電池ユニット200a〜200cとの間には、高分子樹脂で形成されたトレイ(特許請求の範囲に記載の蓄電装置用トレイ)が配置される。このトレイの構成については、後述する。
各電池ユニット200a〜200cは、電気的に直列に接続された複数の電池を有している。具体的には、単電池を8個直列に接続して、1つの電池モジュールを構成し、この電池モジュールを並列に配置することで、各電池ユニット200a〜200cを構成している。
電池ユニット200a、200cは、同一の構成であり、12個の電池モジュールを並列(図1のY方向)に配置した構成となっている。また、電池ユニット200bは、6個の電池モジュールを並列に配置した構成となっている。
なお、各電池ユニット200a〜200cにおいて、隣り合う電池モジュールは、電気的に直列に接続されている。また、各電池モジュールにおける単電池の出力は、略1.2[V]となっている。
一方、電池モジュールを構成する単電池では、電解質として、ゲル状又は液状の電解質が用いられている。ゲル状又は液状の電解質の材料としては、公知の材料を用いることができる。ここで、ゲル電解質とは、ポリマーマトリクス中に電解液を保持させたものをいう。ゲル電解質のホストポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシドを用いることができる。また、ゲル電解質の電解液としては、リチウム塩等を用いることができる。
単電池の構成は、いかなる形態でもよく、例えば、電極を捲回させたものや、複数の電極を積層させたものを用いることができる。また、単電池の種類はいかなるものでもよく、例えば、リチウム電池やニッケル水素電池を用いることができる。
ここで、本実施例では、蓄電装置としての二次電池を用いた場合について説明するが、他の蓄電装置である電気二重層キャパシタ(コンデンサ)を用いた場合であっても、本発明を適用することができる。
さらに、本実施例では、上述したように、3つの電池ユニット200a〜200cに分けているが、これらの電池ユニット200a〜200cを一体的に構成してもよい。なお、本実施例のように、3つの電池ユニット200a〜200cで構成することにより、車内における各電池ユニット200a〜200cのレイアウトの自由度を向上させることができる。
ここで、3つの電池ユニット200a〜200cは、不図示の導線によって電気的に直列に接続されている。
なお、1つの電池モジュールを構成する単電池の数や、1つの電池ユニットに含まれる電池モジュールの数は、適宜設定することができる。
一方、トレイ100に形成された3つの支持領域103には、冷却ファン400が取り付けられる。冷却ファン400は、電池ユニット200a〜200c外の空気(例えば、車内の空気)を電池ユニット200a〜200c内に導くために用いられる。
すなわち、冷却ファン400を駆動すると、トレイ100のうち、冷却ファン400が配置された側とは反対側から空気が吸引されて、各電池ユニット200a〜200cに導かれることになる。
また、トレイ100には、電池ユニット200a〜200cの温度を検出するための温度センサ500が取り付けられる。温度センサ500の出力信号(温度情報を示す信号)は、不図示の制御回路に入力され、制御回路は、入力信号に基づいて冷却ファン400の駆動を制御する。
トレイ100上に、電池ユニット200a〜200c、冷却ファン400及び温度センサ500が取り付けられた状態において、図1の上方からカバー300が取り付けられる。これにより、電池を支持するための支持ユニットが構成される。この支持ユニットは、不図示の車両における所定位置に搭載される。
次に、金属製のトレイ100と電池ユニット200a〜200cとの間に配置される、高分子樹脂製のトレイ1の構成について、図2を用いて説明する。
図2では、トレイ100の支持領域101aと電池ユニット200aとの間に配置されるトレイの構成を示している。なお、他の支持領域101b、101cと、他の電池ユニット200b、200cとの間に配置される高分子樹脂製のトレイも、図2に示すトレイと同様の構成である。
トレイ1は、金属製のトレイ100に対する耐液性を確保するために用いられる。
図2に示すトレイ1は、X方向における両端部において、側壁14を有している。一方の側壁14には、冷却ファン400(図1参照)の駆動によって吸引される冷却空気が通過する開口部13が形成されている。また、両側の側壁14には、X方向に延びるフランジ15が形成されている。このフランジ15は、図1に示すトレイ100の側壁に形成されたフランジと当接する。なお、トレイ1の外縁には、Z方向に延びる立壁部16が形成されている。
トレイ1の上面(電池ユニット200aと接触する面)には、X方向に延びる第1の突条部11及び第2の突条部12が形成されている。各突条部11、12は、トレイ1を曲げ形成することによって構成されており、Z−Y断面において、凸状に形成されている。具体的には、平板状の板材をプレス成形することによって、各突条部11、12が形成される。
また、突条部11、12は、図1に示すトレイ100の支持領域101aに形成されたリブに対応して形成されている。突条部11、12は、トレイ1における両側の側壁14まで延びている。
ここで、第2の突条部12は、側壁14に接続されている。また、第1の突条部11は、図3に示すように、一端が開口部13内に位置するように形成されている。すなわち、第1の突条部11の一端は、開口部13の一部を構成している。なお、図3は、図2におけるA−A断面図である。
図2では、トレイ1上の一部の領域に形成された突条部11、12を示しているが、実際には、他の領域にも突条部11、12が形成されている。
Y方向において隣り合う第1の突条部11の間隔、言い換えれば、隣り合う第1の突条部11によって形成される凹部の幅(Y方向の長さ)は、上述した1つの電池モジュールの幅(図1におけるY方向の長さ)に対応している。これにより、第1の突条部11は、Y方向において隣り合う電池モジュールに対応した下部空間を仕切ることになる。
ここで、図1のY方向で隣り合う電池モジュール内の単電池において、電池の使用状態によって電解質が外部に漏れると、この電解質は、Y方向で隣り合う2つの突条部11によって形成された凹部内に移動することになる。そして、電解質は、凹部の底面に留まることになる。
この状態において、凹部内に位置する電解質は、突条部11の頂点に位置する単電池とは接触しなくなる。これにより、隣り合う単電池が電解質を介して短絡してしまうのを防止することができる。
なお、第1の突条部11と第2の突条部12との間においても、上述した凹部が形成されることになり、隣り合う単電池が電解質を介して短絡してしまうのを防止することができる。
ここで、突条部11、12の高さ(図2のZ方向の長さ)は、単電池から漏れた電解質が単電池に接触しないように、適宜設定することができる。言い換えれば、隣り合う突条部11、12によって形成される凹部の体積を、単電池から漏れる電解質を十分に収容可能な程度(漏れた電解質が単電池に接触しない程度)に設定すればよい。
また、本実施例では、第1の突条部11の一端を開口部13内に位置させているため、冷却ファン400の駆動によって吸引される冷却空気を各電池モジュールに効率良く導くことができる。すなわち、各電池モジュールに供給される冷却空気を、第1の突条部11によって整流させることができる。
ここで、図7に示す従来のトレイの構成では、第1の突条部701の一端と側壁704との間に平坦面Rが形成されているため、開口部703を通過した冷却空気が平坦面R上で滞留してしまうおそれがある。
一方、本実施例では、開口部13が形成された位置において、言い換えれば、冷却空気が電池ユニット200aに到達する直前において、第1の突条部11によって冷却空気が分けられるため、冷却空気を電池ユニット200aにおける各電池モジュールに容易に導くことができる。
なお、第1の突条部11における一端側(開口部13側に位置する端部)の幅(Y方向の長さ)を、他の部分での幅よりも小さくすることができる。そして、図2に示す第2の突条部11と同様に、幅が端部に向かって小さくなるように形成することもできる。
また、図4に示すように、各第1の突条部11の一端部が位置する部分において、側壁14を形成することもできる。ここで、図4は、図2のA−A断面図に相当する断面図である。
図2に示すトレイ1のように、側壁14に3つの開口部13を形成する場合には、側壁14の強度を確保するために、隣り合う開口部13の間に位置する側壁14の幅(図2におけるY方向の長さ)をある程度大きくしなければならない。
一方、図4に示すように、各第1の突条部11の一端部が形成された位置に側壁14を形成すれば、側壁14での強度を確保しつつ、この側壁14の幅を、図2に示す側壁14の幅よりも小さくできる。
具体的には、第1の突条部11のうち、開口部13側における端部の幅を他の領域よりも細くし、この端部での幅に対応した幅を有する側壁14を形成することができる。このように構成することで、冷却空気が通過するための開口部13の面積を確保しつつ、開口部13が形成される側壁14での強度を確保することができる。
一方、トレイ1の表面状態(例えば、埃等の有無)や単電池間の距離に拘わらず、漏れた電解質を介して単電池が互いに接触した場合には、単電池間の電圧が略35[V]以上のときに、トラッキング現象が発生することが分かった。
このため、トラッキング現象を防止するためには、短絡時における単電池間の電圧が略35[V]よりも低くなるように、突条部11、12によって電池ユニット200aの下部空間を仕切ることが好ましい。
本実施例の電池ユニット200aにおける1つの電池モジュールは、上述したように、1.2[V]の単電池が直列に接続された構成である。
この構成では、1つの電池モジュール内における2つの単電池が、漏れた電解質を介して互いに短絡しても、トラッキング現象が発生する可能性は低い。例えば、1つの電池モジュールにおける両端に位置する単電池が、漏れた電解質を介して短絡しても、これらの単電池間の電圧は、9.6[V](1.2[V]×8(単電池の数))となり、上述した35[V]よりも低くなる。
一方、例えば、4つの電池モジュールにおける両端に位置する単電池が、漏れた電解質によって互いに短絡する場合には、この単電池間の電圧が、38.4[V](9.6[V](1つの電池モジュールでの電圧)×4(電池モジュールの数))となり、上述した35[V]よりも高くなる。この場合には、トラッキング現象が発生する可能性が高くなる。
したがって、トレイ1のうち、4つの電池モジュールが配置される領域内において、X方向に延びる突条部11を形成すれば、単電池から電解質が漏れて単電池間が短絡しても、トラッキング現象が発生するおそれを低減することができる。
ここで、本実施例では、すべての突条部11をトレイ1の側壁14が形成された位置まで形成しているが、これに限るものではない。
すなわち、上述した電池構成においては、トラッキング現象が発生するおそれを低減するために、少なくとも1つの突条部11を側壁14が形成された位置まで形成することができる。本実施例では、4つの電池モジュールの下部空間を3つの突条部11によって仕切る構成となっているため、これらの突条部11のうち少なくとも1つの突条部11を開口部13が形成された位置まで形成することで、トラッキング現象が発生するおそれを低減することができる。
なお、上述した説明は、単電池の出力が1.2[V]の場合であり、単電池の出力がこれよりも高い場合には、隣り合う電池モジュールにおける下部空間を突条部11によって仕切ることが好ましい場合がある。
次に、本実施例の変形例について、図5を用いて説明する。図5は、本変形例におけるトレイ1の断面図(図3に対応した図)である。図5において、本実施例で説明した部材と同じ機能を有するものについては、同一符号を用いて説明する。
本変形例では、突条部11における一端側の領域(開口部13側の領域)に斜面11aを形成したものである。すなわち、突条部11の高さ(図5のZ方向の長さ)を、開口部13側に向かって連続的に低くしている。
このように突条部11のうち開口部13側の領域に斜面11aを形成することによって、開口部13の面積を確保できるとともに、開口部13の位置まで突条部11を形成することができる。
すなわち、開口部13の面積を確保することで、開口部13から電池ユニット200aに導かれる冷却空気の量を確保することができることができる。また、開口部13の位置まで突条部11を形成することで、開口部13を通過する冷却空気を電池ユニット200aにおける各電池モジュールに効率良く導くことができる。
ここで、斜面11aのうち、開口部13内に位置する部分は、隣り合う突条部11によって形成される凹部の底面よりも高い位置に形成される。この高さは、電解質の量に基づいて決定することができる。
また、本変形例では、図5に示すように、突条部11の斜面11aを略平坦な面で構成したが、曲面で構成することもできる。さらに、斜面11aの高さを連続的に変化させる代わりに、段階的に変化させてもよい。なお、斜面11におけるX方向の長さは、適宜設定することができる。
さらに、本実施例では、突条部11の上面(電池ユニットと接触する面)を略平坦(製造誤差を含む)に形成しているが、この上面を電池ユニット側に凸となる曲面で構成することもできる。このように構成すれば、単電池から漏れた電解質を、隣り合う突条部11によって形成された凹部内に容易に導くことができる。
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例において、電池を支持する支持ユニットの構成は、実施例1で説明した場合(図1)と概ね同様であるため、説明を省略する。以下、実施例1と異なる部分について、図6を用いて説明する。
ここで、実施例1で説明した部材と同じ機能を有するものについては、同一符号を用いている。また、図6では、本実施例のトレイにおける一部の正面図を示している。
実施例1は、突条部11、12を用いて、電池ユニット200aの下部空間を電池モジュール毎に仕切る構成であるが、本実施例は、電池ユニット200aの下部空間を単電池毎に仕切る構成である。
図6において、Z方向で突出する突条部21は、X方向及びY方向に延びており、格子状に形成されている。この突条部21によって囲まれる領域B(図6の点線で示す領域)は、電池ユニット200aにおける単電池に対応している。すなわち、電池ユニット200aにおける各単電池の下部には、この単電池に対応した大きさの凹部が形成されていることになる。
ここで、本実施例のトレイ1が配置される金属製のトレイ100(図1参照)は、本実施例のトレイ1と同様の構成となっている。すなわち、金属製のトレイ100の支持領域101aに形成されるリブは、本実施例における突条部21の形状に対応している。
本実施例においても、突条部21の端部は、開口部13内に位置している。また、突条部21における開口部13側の構成は、実施例1で説明した場合(図4、5)と同様の構成とすることができる。
本実施例におけるトレイ1の構成では、電池ユニット200a内の単電池において、電解質の漏れが発生すると、この電解質は、単電池に対応した領域である凹部内に収容されることになる。すなわち、液漏れした電解質は、突条部21によって、他の単電池に対応した凹部内には移動できないようになっている。
これにより、隣り合う単電池が、液漏れした電解質を介して短絡してしまうのを防止することができる。ここで、突条部21の高さは、実施例1で説明した場合と同様に設定することができる。
ここで、本実施例では、突条部21によって、電池ユニット200aにおけるすべての単電池に対応した下部空間を仕切るように構成しているが、これに限るものではない。
すなわち、実施例1でも説明したように、短絡時における単電池間の電圧が略35V以上となるときに、トラッキング現象が発生し易くなっているため、これを抑制するために、突条部21を形成する位置を適宜設定することができる。
具体的には、X方向及び/又はY方向のうち、少なくとも一部の領域において、突条部21が形成されていなくてもよい。
上述した実施例1、2で説明した二次電池は、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、燃料電池車(FCV)におけるモータ駆動用の蓄電装置として用いることができる。
また、上述した実施例1、2では、金属製のトレイ100に対する耐液性を確保するために、トレイ100と電池ユニット200a〜200cとの間に、高分子樹脂製のトレイ1を配置したが、このトレイ1を省略することも可能である。この場合には、金属製のトレイ100を、上述した実施例で説明した構成とすることができる。
さらに、上述した実施例1、2では、突条部11、12を一体的に形成した場合について説明したが、突条部11、12に相当する部分を別体として構成し、これを平板状の面に取り付けることもできる。
本発明の実施例1において、二次電池を支持する支持ユニットの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施例1におけるトレイ(蓄電装置用トレイ)の構成を示す外観斜視図である。 図2に示すトレイのA−A断面図である。 図2に示すトレイのA−A断面図である。 実施例1の変形例であるトレイの構成を示す断面図である。 本発明の実施例2であるトレイ(蓄電装置用トレイ)の構成を示す正面図である。 従来のトレイの構成を示す外観斜視図である。
符号の説明
1:樹脂製のトレイ
11、12、21:突条部
13:開口部
14:側壁
100:金属製のトレイ
200a〜200c:電池ユニット

Claims (5)

  1. 液状又はゲル状の電解質を有する複数の蓄電モジュールを備えた蓄電ユニットを支持するためのトレイであって、
    前記蓄電ユニットと上端で当接可能であって、該トレイの一方の側壁から他方の側壁まで延びる突条部と、
    該トレイの側壁に形成され、該トレイ上の前記蓄電ユニットを冷却するための空気が通過する開口部と、を有し、
    前記突条部は、該トレイ上の領域のうち、前記蓄電モジュール間の位置に対応した位置に形成されているとともに、前記開口部まで延びており、前記開口部側の領域において、該開口部側に面する斜面を有することを特徴とするトレイ
  2. 液状又はゲル状の電解質を有する複数の蓄電モジュールを備えた蓄電ユニットを支持するためのトレイであって、
    前記蓄電ユニットと上端で当接可能であって、該トレイの一方の側壁から他方の側壁まで延びる突条部と、
    該トレイの側壁に形成され、該トレイ上の前記蓄電ユニットを冷却するための空気が通過する開口部と、を有し、
    前記突条部は、該トレイ上の領域のうち、前記蓄電モジュール間の位置に対応した位置に形成されているとともに、前記開口部まで延びており、前記突条部のうち、前記開口部側の領域における幅が、他の領域における幅よりも小さいことを特徴とするトレイ
  3. 前記突条部は、前記蓄電モジュール間の電圧が所定値以上となる2つの蓄電モジュールに対応した該トレイ上の領域を仕切る位置に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のトレイ
  4. 前記突条部は、前記一方の側壁から前記他方の側壁に向かう方向と略直交する方向にも延びていることを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載のトレイ
  5. 前記突条部が、格子状に形成されていることを特徴とする請求項に記載のトレイ
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