JP6680145B2 - Battery module - Google Patents

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Description

本発明は、複数の角型電池を厚み方向に積層した電池積層体と、電池積層体の積層方向両端に配される一対のエンドプレートと、を含む電池スタックを、収容ケースに収容した電池モジュールに関する。   The present invention relates to a battery module in which a battery stack including a battery stack in which a plurality of rectangular batteries are stacked in the thickness direction and a pair of end plates arranged at both ends of the battery stack in the stacking direction is housed in a housing case. Regarding

リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、既存の電池に比べて軽量かつエネルギー密度が高いことから、電動車両の駆動用電源や、携帯型電子機器の電源として多用されている。電池モジュールは、かかる非水電解質二次電池からなる電池セルを、複数、組み合わせて、モジュール化したものである。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries and sodium-ion secondary batteries are lighter in weight and have higher energy density than existing batteries, so they are the power source for driving electric vehicles and the power source for portable electronic devices. Is often used as. The battery module is a module formed by combining a plurality of battery cells each including such a non-aqueous electrolyte secondary battery.

ここで、非水電解質二次電池からなる電池セルの中には、電極体を扁平な直方体形状のセルケースに収容した角型電池がある。かかる角型電池では、収容ケースに収容した際に略長方形の角型電池の全面に均等に圧力が付与されることが望ましい。付与される圧力に偏りがあると、角型電池の内部で、金属の析出や、内部短絡、ガス発生、ひいては、電池ケースの変形等の意図しない劣化が起こり、電池モジュールの信頼性が低下するおそれがある。   Here, among the battery cells formed of non-aqueous electrolyte secondary batteries, there is a prismatic battery in which an electrode body is housed in a flat rectangular parallelepiped cell case. In such a prismatic battery, it is desirable that the pressure be evenly applied to the entire surface of the substantially rectangular prismatic battery when housed in the housing case. If the applied pressure is biased, the reliability of the battery module will decrease due to unintended deterioration such as metal deposition, internal short circuit, gas generation, and eventually deformation of the battery case inside the prismatic battery. There is a risk.

そこで、角型電池の全面に均等に圧力を付与するために、従来から、複数の角型電池(電池セル)と樹脂製のセパレータとを厚み方向に積層して電池積層体を構成した後、当該電池積層体に、積層方向圧縮の力(拘束荷重)を付与することが提案されている。例えば、特許文献1には、電池積層体の積層方向両端に一対のエンドプレートを配した後、金属製の拘束バンドの両端を、リベット締結等で一対のエンドプレートに固定する技術が開示されている。このとき、エンドプレート間の距離が、無負荷状態の電池積層体の積層方向長さより短くなるように拘束バンドの長さを調節すれば、電池積層体には、積層方向の圧縮の力、すなわち、拘束荷重が付与できる。   Therefore, in order to uniformly apply pressure to the entire surface of the prismatic battery, conventionally, a plurality of prismatic batteries (battery cells) and a resin separator are laminated in the thickness direction to form a battery laminate, It has been proposed to apply a compressive force (constraint load) to the battery stack. For example, Patent Document 1 discloses a technique of disposing a pair of end plates at both ends in the stacking direction of a battery stack and then fixing both ends of a metal restraining band to the pair of end plates by rivet fastening or the like. There is. At this time, if the length of the restraint band is adjusted so that the distance between the end plates is shorter than the length of the battery stack in the unloaded state in the stacking direction, the battery stack has a compressive force in the stacking direction, that is, , A constraint load can be applied.

特開2010−257651号公報JP, 2010-257651, A

しかし、拘束バンドを利用して各電池セルの全面に均等に拘束荷重を付与するためには、拘束バンドを少なくとも四つ設ける必要がある。つまり、従来技術では、一つの電池積層体に対して、四つの拘束バンドを用意し、さらに、その四つの拘束バンドそれぞれの両端を、エンドプレートに固定する必要があった。この場合、部品点数の増加や、組み付け工数の増加という問題を招く。   However, it is necessary to provide at least four restraint bands in order to uniformly apply a restraint load to the entire surface of each battery cell using the restraint bands. That is, in the prior art, it was necessary to prepare four restraint bands for one battery stack and further fix both ends of each of the four restraint bands to the end plates. In this case, the number of parts and the number of assembling steps increase.

また、各電池セルに付与される拘束荷重は、拘束バンドの長さ(エンドプレート間距離)と電池積層体のバネ定数によって定まるが、この電池積層体のバネ定数には個体差がある。その結果、拘束バンドの長さが同じであっても、電池積層体によって、拘束荷重が異なってしまう。そのため、従来技術で拘束荷重を均一にするためには、電池積層体のバネ定数に応じて、拘束バンドの長さを変える必要があり、部品種類数の増加を招いていた。   The restraint load applied to each battery cell is determined by the length of the restraint band (distance between the end plates) and the spring constant of the battery stack, but the spring constant of this battery stack has individual differences. As a result, even if the restraint bands have the same length, the restraint load varies depending on the battery stack. Therefore, in order to make the restraint load uniform in the prior art, it is necessary to change the length of the restraint band according to the spring constant of the battery stack, which causes an increase in the number of types of parts.

そこで、本発明では、簡易な構成でありながら、電池積層体に適切な拘束荷重を付与できる電池モジュールを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a battery module that has a simple structure and can apply an appropriate restraining load to a battery stack.

本発明の電池モジュールは、複数の角型電池を厚み方向に積層した電池積層体と、前記電池積層体の積層方向両端に配される一対のエンドプレートと、を含む電池スタックと、上端が開口されるとともに前記電池スタックが収容される収容空間を有する収容ケースと、を備え、前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方は、前記収容ケースの下端に近づくにつれて、前記電池スタックの積層方向の寸法が小さくなるように傾斜したスタック側対向面を有し、前記収容空間は、前記スタック側対向面に対向し、前記収容ケースの下端に近づくにつれて、前記収容空間の前記積層方向の寸法が小さくなるように傾斜したケース側対向面を有する、ことを特徴とする。   The battery module of the present invention is a battery stack including a battery stack in which a plurality of rectangular batteries are stacked in the thickness direction, and a pair of end plates arranged at both ends in the stacking direction of the battery stack, and an upper end is open. And a housing case having a housing space for housing the battery stack, wherein at least one of the pair of end plates has a dimension in the stacking direction of the battery stack as it approaches the lower end of the housing case. The stack space has a stack-side facing surface that is inclined to be small, the storage space faces the stack-side facing surface, and the dimension of the storage space in the stacking direction becomes smaller toward the lower end of the storage case. It is characterized in that it has a case-side facing surface that is inclined to.

本発明によれば、互いに対向するスタック側対向面とケース側対向面とが、それぞれ、傾斜しているため、電池スタックを収容空間内に押し込むことで、電池スタックに拘束荷重を付与できる。また、このときの拘束荷重は、電池スタックを押しこむ力を変更することで変更できるため、電池スタックのバネ定数に応じて部品の寸法を変更する必要がない。結果として、本発明によれば、簡易な構成でありながら、電池積層体に適切な拘束荷重を付与できる電池モジュールを提供することができる。   According to the present invention, since the stack-side facing surface and the case-side facing surface that face each other are respectively inclined, by pushing the battery stack into the accommodation space, a restraining load can be applied to the battery stack. In addition, since the restraint load at this time can be changed by changing the force pushing the battery stack, it is not necessary to change the dimensions of the parts according to the spring constant of the battery stack. As a result, according to the present invention, it is possible to provide a battery module that has a simple structure and can apply an appropriate restraining load to the battery stack.

本発明の電池モジュールに用いられる電池スタックの斜視図である。It is a perspective view of a battery stack used for the battery module of the present invention. 電池モジュールの模式図である。It is a schematic diagram of a battery module. 電池スタックの組み付けの様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of assembly of a battery stack. スタック側対向面およびケース側対向面の一部拡大図である。It is a partially expanded view of a stack side facing surface and a case side facing surface. 従来の電池スタックの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional battery stack.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態である電池モジュール10に搭載される電池スタック12の斜視図である。また、図2は、電池モジュール10の模式図である。なお、図2では、セパレータ20の図示は、省略している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a battery stack 12 mounted on a battery module 10 according to an embodiment of the present invention. In addition, FIG. 2 is a schematic diagram of the battery module 10. Note that the illustration of the separator 20 is omitted in FIG. 2.

電池モジュール10は、モジュールケース50と、当該モジュールケース50に収容される電池スタック12と、を備えている。なお、一つのモジュールケース50に収容される電池スタック12は、一つでもよいし、複数でもよい。   The battery module 10 includes a module case 50 and a battery stack 12 housed in the module case 50. The number of the battery stacks 12 accommodated in one module case 50 may be one or more.

電池スタック12は、電池積層体14と、当該電池積層体14の積層方向両側に配される一対のエンドプレート16と、を備えている。さらに、電池積層体14は、電池セル18と、樹脂からなるセパレータ20と、を厚み方向に交互に積層して構成される。   The battery stack 12 includes a battery stack 14 and a pair of end plates 16 arranged on both sides of the battery stack 14 in the stacking direction. Further, the battery stack 14 is configured by stacking battery cells 18 and separators 20 made of resin alternately in the thickness direction.

ここで、電池セル18は、充放電可能な二次電池、例えば、リチウムイオン二次電池や、ナトリウムイオン二次電池等である。本実施形態の電池セル18は、電極体が扁平な直方体形状のセルケースに収容された角型電池である。電池セル18の上端面からは、正極端子22pおよび負極端子22nが突出している。この正極端子22pおよび負極端子22nは、幅方向に間隔をあけて配置されている。なお、図1では、正極端子22pおよび負極端子22nを略円筒形として図示しているが、これら端子22p,22nの形状は適宜、変更されてもよい。   Here, the battery cell 18 is a chargeable / dischargeable secondary battery, such as a lithium ion secondary battery or a sodium ion secondary battery. The battery cell 18 of the present embodiment is a prismatic battery having an electrode body housed in a flat rectangular parallelepiped cell case. A positive electrode terminal 22p and a negative electrode terminal 22n project from the upper end surface of the battery cell 18. The positive electrode terminal 22p and the negative electrode terminal 22n are arranged at intervals in the width direction. Note that, in FIG. 1, the positive electrode terminal 22p and the negative electrode terminal 22n are illustrated as substantially cylindrical shapes, but the shapes of these terminals 22p and 22n may be appropriately changed.

電池セル18の上端面のうち幅方向中央、すなわち、正極端子22pおよび負極端子22nの間には、ガス放出弁(図示せず)が設けられている。ガス放出弁は、電池セル18の異常反応時に、当該電池セル18の内部で発生したガスを放出する弁である。ガス放出弁は、電池セル18の内圧が一定未満の場合には、閉鎖しているが、内圧が一定以上になれば、開放され、ガスを外部に放出する。このガス放出弁は、例えば、電池セル18のケースのうちの一部を、一定以上の圧力を受けたときに破断するように薄肉に形成する等して構成される。ただし、ガス放出弁の構成は、これに限定されず、適宜、変更されてもよい。   A gas release valve (not shown) is provided in the widthwise center of the upper end surface of the battery cell 18, that is, between the positive electrode terminal 22p and the negative electrode terminal 22n. The gas release valve is a valve that releases the gas generated inside the battery cell 18 when the battery cell 18 reacts abnormally. The gas release valve is closed when the internal pressure of the battery cell 18 is less than a certain value, but is opened when the internal pressure becomes a certain value or more to release the gas to the outside. This gas release valve is configured, for example, by forming a part of the case of the battery cell 18 into a thin wall so as to be broken when receiving a pressure of a certain level or more. However, the configuration of the gas release valve is not limited to this, and may be changed as appropriate.

複数の電池セル18は、厚み方向に積層される。このとき、複数の電池セル18は、正極端子22pと負極端子22nが積層方向に交互に並ぶように、その向きを交互に替えて配される。すなわち、ある電池セル18を、向かって右側に正極端子22pが位置するように配置した場合には、次の電池セル18は、向かって右側に負極端子22nが位置するように配置する。そして、積層方向に隣接する正極端子22pと負極端子22nをバスバ(図示せず)で順次、連結することで、複数の電池セル18が、電気的に直列に接続される。   The plurality of battery cells 18 are stacked in the thickness direction. At this time, the plurality of battery cells 18 are arranged such that the positive electrode terminals 22p and the negative electrode terminals 22n are alternately arranged in the stacking direction so that the directions thereof are alternately changed. That is, when a certain battery cell 18 is arranged so that the positive electrode terminal 22p is located on the right side when facing, the next battery cell 18 is arranged so that the negative electrode terminal 22n is located on the right side facing. Then, the plurality of battery cells 18 are electrically connected in series by sequentially connecting the positive electrode terminal 22p and the negative electrode terminal 22n that are adjacent in the stacking direction with a bus bar (not shown).

電池セル18と電池セル18との間には、セパレータ20が配される。換言すれば、電池積層体14は、複数の電池セル18と複数のセパレータ20とを、交互に積層して成る。セパレータ20は、絶縁性材料からなり、略平板のベース部と、当該ベース部(図1では見えず)の周縁から厚み方向に張り出す枠部26と、ベース部の上端から突出するダクト片28と、を備えている。ベース部は、電池セル18の間に配される部分で、その表面には、冷媒流路を構成するためのリブが複数、間隔を開けて形成されている。   A separator 20 is arranged between the battery cells 18. In other words, the battery stack 14 is formed by alternately stacking the plurality of battery cells 18 and the plurality of separators 20. The separator 20 is made of an insulating material, and has a substantially flat base portion, a frame portion 26 protruding in the thickness direction from the peripheral edge of the base portion (not visible in FIG. 1), and a duct piece 28 protruding from the upper end of the base portion. And are equipped with. The base portion is a portion arranged between the battery cells 18, and a plurality of ribs for forming a coolant channel are formed on the surface of the base portion at intervals.

枠部26は、電池セル18の周面に沿う形状をしており、電池セル18の面方向への移動を規制する。セパレータ20の上端、かつ、幅方向中央には、ダクト片28が設けられている。ダクト片28は、セパレータ20のベース部の上端から突出形成されており、電池セル18の上端面に向かって開口した略U字形状となっている。このダクト片28の上面は、電池セル18のガス放出弁と対向している。また、ダクト片28は、セパレータ20のベース部よりも厚み方向に張り出しており、隣接する他のセパレータ20のダクト片28と密着する。複数のダクト片28が互いに密着することで、電池積層体14には、積層方向に延びるトンネルが形成される。このトンネルは、ガス放出弁から放出されたガスが流れる排煙ダクトとなる。   The frame portion 26 has a shape along the peripheral surface of the battery cell 18, and restricts the movement of the battery cell 18 in the surface direction. A duct piece 28 is provided at the upper end of the separator 20 and at the center in the width direction. The duct piece 28 is formed so as to project from the upper end of the base portion of the separator 20, and has a substantially U-shape that opens toward the upper end surface of the battery cell 18. The upper surface of the duct piece 28 faces the gas release valve of the battery cell 18. Further, the duct piece 28 projects in the thickness direction from the base portion of the separator 20 and is in close contact with the duct piece 28 of another adjacent separator 20. When the plurality of duct pieces 28 are in close contact with each other, a tunnel extending in the stacking direction is formed in the battery stack 14. This tunnel serves as a smoke exhaust duct through which the gas released from the gas release valve flows.

電池セル18およびセパレータ20からなる電池積層体14の積層方向両側には、一対のエンドプレート16が配される。この電池積層体14および一対のエンドプレート16で構成される積層体が、電池スタック12である。なお、電池スタック12は、樹脂からなるセパレータ20等を有する関係上、積層方向にバネ定数を持った伸縮体となる。エンドプレート16は、アルミニウム等の金属、あるいは、十分な剛性を有した樹脂等からなる板材である。本実施形態では、このエンドプレート16のうち、積層方向外側面であるスタック側対向面17を、下方に近づくにつれて、厚みが低下するような傾斜面としている。換言すれば、電池スタック12は、下方に近づくにつれて、積層方向長さが小さくなっている。かかる構成とするのは、電池積層体14に適切な拘束荷重Ftを付与するためであるが、これについては、後述する。   A pair of end plates 16 are arranged on both sides in the stacking direction of the battery stack 14 including the battery cells 18 and the separator 20. The stack including the battery stack 14 and the pair of end plates 16 is the battery stack 12. The battery stack 12 is an expandable member having a spring constant in the stacking direction because it has the separator 20 made of resin and the like. The end plate 16 is a plate material made of a metal such as aluminum or a resin having sufficient rigidity. In this embodiment, the stack-side facing surface 17, which is the outer surface in the stacking direction, of the end plate 16 is an inclined surface whose thickness decreases as it approaches downward. In other words, the length of the battery stack 12 in the stacking direction becomes smaller toward the lower side. The reason for having such a configuration is to apply an appropriate restraining load Ft to the battery stack 14, which will be described later.

モジュールケース50は、アルミニウム等の金属からなる箱部材で、電池スタック12を収容するための収容空間56が形成されている。このモジュールケース50は、ロアケース52と、アッパーカバー54と、に大別される。ロアケース52は、電池スタック12を収容する収容ケースとして機能するものである。なお、一つのロアケース52に収容する電池スタック12の個数は、限定されておらず、一つでもよいし、複数でもよい。また、ロアケース52には、電池スタック12に加えて、さらに、他の部材、例えば、冷却ファンや冷却ダクト、ヒータ、ジャンクションボックス等(いずれも図示せず)が収容されてもよい。   The module case 50 is a box member made of metal such as aluminum, and has a housing space 56 for housing the battery stack 12. The module case 50 is roughly divided into a lower case 52 and an upper cover 54. The lower case 52 functions as a housing case that houses the battery stack 12. The number of battery stacks 12 accommodated in one lower case 52 is not limited and may be one or plural. In addition to the battery stack 12, the lower case 52 may further accommodate other members such as a cooling fan, a cooling duct, a heater, and a junction box (none of which are shown).

ロアケース52には、電池スタック12を収容する収容空間56が形成されている。収容空間56は、上部が開口した空間で、この上部開口から電池スタック12を押し入れることができる。収容空間56の積層方向両端面であるケース側対向面58、すなわち、スタック側対向面17との対向面は、下方に近づくにつれて、収容空間56の積層方向長さが小さくなるような傾斜面となっている。   An accommodation space 56 for accommodating the battery stack 12 is formed in the lower case 52. The accommodation space 56 is a space with an open top, and the battery stack 12 can be pushed in through this top opening. The case-side facing surface 58, which is both end surfaces in the stacking direction of the accommodation space 56, that is, the surface facing the stack-side facing surface 17, is an inclined surface such that the stacking direction length of the accommodation space 56 decreases as it approaches downward. Has become.

ここで、このケース側対向面58の傾斜角度は、スタック側対向面17の傾斜角度とほぼ同じとなっている。また、無負荷状態における電池スタック12の下端における積層方向長さをDsとし、収容空間56の下端の積層方向長さをDdとした場合、Dd<Dsである(図3参照)。また、収容空間56の上端の積層方向長さをDuとした場合、Ds<Duである。かかる構成とすることで、収容空間56に押し込み収容されて収縮した電池スタック12に拘束荷重Ftを付与できるが、これについては後述する。   Here, the inclination angle of the case-side facing surface 58 is substantially the same as the inclination angle of the stack-side facing surface 17. When the length in the stacking direction at the lower end of the battery stack 12 in the unloaded state is Ds and the length in the stacking direction at the lower end of the accommodation space 56 is Dd, Dd <Ds (see FIG. 3). When the length of the upper end of the accommodation space 56 in the stacking direction is Du, Ds <Du. With such a configuration, the restraining load Ft can be applied to the battery stack 12 that has been pushed into the storage space 56 and contracted, and this will be described later.

アッパーカバー54は、ロアケース52の上部を覆う。このアッパーカバー54は、ロアケース52に電池スタック12や、必要な他部材(例えば冷却ファン等)を収容した後、ロアケース52の上側に配され、ロアケース52と締結される。   The upper cover 54 covers the upper portion of the lower case 52. The upper cover 54 is arranged above the lower case 52 after the battery stack 12 and other necessary members (for example, a cooling fan) are housed in the lower case 52, and is fastened to the lower case 52.

ところで、これまでの説明で明らかな通り、本実施形態では、電池スタック12および収容空間56の積層方向端面を、傾斜面としている。かかる構成とする理由について、従来技術と比較して説明する。電極体を角型のセルケースに収容した角型電池(電池セル18)では、その表面全体に、均等に圧力が付与されることが望ましい。付与される圧力に偏りがあると、電池セル18の内部において、金属(リチウム)の析出や、内部短絡、ガス発生、ひいては、セルケースの変形等の意図しない劣化が起こり、電池モジュールの信頼性が低下するおそれがある。   By the way, as is apparent from the above description, in the present embodiment, the end faces in the stacking direction of the battery stack 12 and the accommodation space 56 are inclined faces. The reason for adopting such a configuration will be described in comparison with the related art. In the prismatic battery (battery cell 18) in which the electrode body is housed in a prismatic cell case, it is desirable that pressure be uniformly applied to the entire surface thereof. If the applied pressure is biased, unintended deterioration such as metal (lithium) deposition, internal short-circuiting, gas generation, and deformation of the cell case will occur inside the battery cell 18, resulting in reliability of the battery module. May decrease.

そこで、従来から、複数の電池セル18を厚み方向に積層して電池積層体14を構成した後、当該電池積層体14に積層方向圧縮の力、すなわち、拘束荷重Ftを付与することが提案されている。拘束荷重Ftが付与されることで、電池セル18の表面に圧力が付与されるとともに、電池積層体14を構成する複数の電池セル18およびセパレータ20の相互の動きが規制され、拘束される。   Therefore, conventionally, it has been proposed that after stacking a plurality of battery cells 18 in the thickness direction to form the battery stack 14, the stacking direction compression force, that is, the restraining load Ft is applied to the battery stack 14. ing. By applying the restraint load Ft, pressure is applied to the surfaces of the battery cells 18, and the movements of the plurality of battery cells 18 and the separators 20 constituting the battery stack 14 are restricted and restrained.

この拘束荷重Ftを得るために、従来では、拘束バンド100と呼ばれる金属製のバンドを利用していた。図5は、従来技術の電池スタック12の一例を示す図である。図5に示す通り、従来は、電池積層体14の積層方向両端に一対のエンドプレート16を配し、さらに、所定の長さの拘束バンド100の両端を、一対のエンドプレート16に固定している。ここで、拘束バンド100の長さは、当該拘束バンド100の両端に固定されたエンドプレート16間の距離が、無負荷状態における電池積層体14の長さより短くなるように設定されている。そのため、拘束バンド100の両端に一対のエンドプレート16を固定することで、電池積層体14が、一対のエンドプレート16で圧縮されながら挟持されることになる。そして、これにより、電池積層体14に拘束荷重Ftが付与される。   In order to obtain this restraint load Ft, conventionally, a metal band called a restraint band 100 has been used. FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional battery stack 12. As shown in FIG. 5, conventionally, a pair of end plates 16 are arranged at both ends of the battery stack 14 in the stacking direction, and further, both ends of a restraining band 100 having a predetermined length are fixed to the pair of end plates 16. There is. Here, the length of the restraint band 100 is set so that the distance between the end plates 16 fixed to both ends of the restraint band 100 is shorter than the length of the battery stack 14 in the unloaded state. Therefore, by fixing the pair of end plates 16 to both ends of the restraint band 100, the battery stack 14 is sandwiched while being compressed by the pair of end plates 16. Then, as a result, the constraint load Ft is applied to the battery stack 14.

ただし、こうした拘束バンド100を利用する従来技術で、各電池セル18の表面に均等に圧力を付与するためには、拘束バンド100を複数本(例えば、電池積層体14の上側に二本、下側に二本の合計四本)、設ける必要がある。そのため、従来技術では、部品点数の増加を招いていた。また、複数の拘束バンド100の両端は、それぞれ、リベット締結等で、エンドプレート16に固定されている。したがって、拘束バンド100が四本あれば、少なくとも八箇所をリベット締結する必要があり、電池モジュール10の組み付け工数の増加も招いていた。   However, in the conventional technique using such a restraint band 100, in order to apply the pressure evenly to the surface of each battery cell 18, a plurality of restraint bands 100 (for example, two on the upper side of the battery stack 14 and a lower one) are used. It is necessary to provide two on each side (total of four). Therefore, in the conventional technology, the number of parts is increased. Both ends of the plurality of restraint bands 100 are fixed to the end plate 16 by rivet fastening or the like. Therefore, if there are four restraint bands 100, it is necessary to rivet-fasten at least eight places, which also invites an increase in the number of steps for assembling the battery module 10.

さらに、拘束バンド100を利用した技術では、電池積層体14に付与される拘束荷重Ftは、拘束バンド100の長さ(エンドプレート16間距離)、および、電池積層体14のバネ定数Kによって定まるが、この電池積層体14のバネ定数Kには個体差がある。その結果、拘束バンド100の長さが同じであっても、電池積層体14によって、付与される拘束荷重Ftが異なってしまう。そのため、従来技術で拘束荷重Ftを均一にするためには、電池積層体14のバネ定数Kに応じて、拘束バンド100の長さを変える必要があり、部品種類数の増加を招いていた。   Further, in the technique using the restraint band 100, the restraint load Ft applied to the battery stack 14 is determined by the length of the restraint band 100 (distance between the end plates 16) and the spring constant K of the battery stack 14. However, there are individual differences in the spring constant K of the battery stack 14. As a result, even if the restraint band 100 has the same length, the restraint load Ft applied differs depending on the battery stack 14. Therefore, in order to make the restraint load Ft uniform in the prior art, it is necessary to change the length of the restraint band 100 according to the spring constant K of the battery stack 14, which causes an increase in the number of types of parts.

一方、本実施形態では、電池スタック12および収容空間56の積層方向端面(スタック側対向面17およびケース側対向面58)を、傾斜面としている。かかる構成とすることで、拘束バンド100を用いることなく、電池積層体14に適切な拘束荷重Ftを付与することができる。これについて図3を参照して説明する。   On the other hand, in this embodiment, the end faces in the stacking direction of the battery stack 12 and the accommodation space 56 (the stack-side facing surface 17 and the case-side facing surface 58) are inclined surfaces. With such a configuration, an appropriate restraint load Ft can be applied to the battery stack 14 without using the restraint band 100. This will be described with reference to FIG.

ロアケース52に電池スタック12を組み付ける際には、図3に示すように、収容空間56の上部開口から電池スタック12を当該収容空間56に押し入れる。ここで、既述した通り、無負荷状態における電池スタック12の下端長さDsは、収容空間56の上端長さDuより小さく、かつ、収容空間56の下端長さDdよりも大きい。そのため、電池スタック12は、途中までは、ケース側対向面58に当たることなく、収容空間56内に進入できるが、一定以上、進入すると、電池スタック12のスタック側対向面17がケース側対向面58に当たることになる。スタック側対向面17がケース側対向面58に当たった状態で、電池スタック12をさらに、下方に押し込むと、ケース側対向面58は、スタック側対向面17により、下向きの力F1を受ける。この下向きの力F1は、ケース側対向面58に平行な力F2と、ケース側対向面58に垂直な垂直分力F3とに分解される。同時に、スタック側対向面17には、この垂直分力F3の垂直抗力F4が発生する。そして、電池スタック12は、この垂直抗力F4の水平方向の分力F5の大きさの力を、積層方向両側から受ける。つまり、電池スタック12は、F5×2の拘束荷重Ftを受けることになる。なお、ケース側対向面58と水平と成す角度をαとした場合、垂直分力F3および垂直抗力F4の大きさは、F1・sinαであり、垂直抗力F4の水平方向分力F5の大きさは、F4・sinα=F1・sinαとなる。そして、拘束荷重Ftは、Ft=2・F1・sinαとなる。 When the battery stack 12 is assembled to the lower case 52, the battery stack 12 is pushed into the accommodation space 56 through the upper opening of the accommodation space 56, as shown in FIG. Here, as described above, the lower end length Ds of the battery stack 12 in the unloaded state is smaller than the upper end length Du of the accommodation space 56 and larger than the lower end length Dd of the accommodation space 56. Therefore, the battery stack 12 can enter the accommodation space 56 without hitting the case-side facing surface 58 up to the middle, but when the battery stack 12 enters a certain amount or more, the stack-side facing surface 17 of the battery stack 12 becomes the case-side facing surface 58. Will be hit. When the battery stack 12 is pushed further downward with the stack-side facing surface 17 hitting the case-side facing surface 58, the case-side facing surface 58 receives the downward force F1 by the stack-side facing surface 17. The downward force F1 is decomposed into a force F2 parallel to the case-side facing surface 58 and a vertical component force F3 perpendicular to the case-side facing surface 58. At the same time, a vertical reaction force F4 of the vertical component force F3 is generated on the stack side facing surface 17. Then, the battery stack 12 receives a force having the magnitude of the horizontal component force F5 of the vertical reaction force F4 from both sides in the stacking direction. That is, the battery stack 12 receives the constraint load Ft of F5 × 2. When the angle formed by the case-side facing surface 58 and the horizontal is α, the magnitudes of the vertical component force F3 and the vertical drag force F4 are F1 · sinα, and the magnitude of the horizontal component force F5 of the vertical drag force F4 is , F4 · sin α = F1 · sin 2 α. The constraint load Ft is Ft = 2 · F1 · sin 2 α.

こうした拘束荷重Ftを受けて、電池スタック12は、積層方向に収縮変形する。例えば、電池スタック12を、収容空間56の底部まで押し込んだ際、電池スタック12の積層方向長さは、無負荷状態と比べてε=Ds−Ddだけ小さくなる。このとき、電池スタック12は、変形量εにバネ定数Kを乗じた大きさの拘束荷重Ft=K×εを受ける。そして、このとき電池スタック12を構成する複数の電池セル18は、その全面に均等に圧力がかかることになる。   Upon receiving such a restraining load Ft, the battery stack 12 contracts and deforms in the stacking direction. For example, when the battery stack 12 is pushed to the bottom of the accommodation space 56, the length of the battery stack 12 in the stacking direction becomes smaller by ε = Ds−Dd than in the unloaded state. At this time, the battery stack 12 receives a constraint load Ft = K × ε having a magnitude obtained by multiplying the deformation amount ε by the spring constant K. Then, at this time, the plurality of battery cells 18 forming the battery stack 12 are evenly applied to the entire surfaces thereof.

つまり、本実施形態によれば、電池スタック12を収容空間56内において下方に押し込むだけで、電池スタック12に積層方向圧縮の力である拘束荷重を付与できる。このとき、拘束バンドは不要であるため、従来技術に比べて、部品点数や組み付け工数を大幅に低減できる。   That is, according to the present embodiment, by merely pushing the battery stack 12 downward in the accommodation space 56, a restraining load, which is a compressive force in the stacking direction, can be applied to the battery stack 12. At this time, since the restraint band is unnecessary, the number of parts and the number of assembling steps can be significantly reduced as compared with the conventional technique.

また、電池スタック12に付与する拘束荷重Ftの大きさは、当該電池スタック12を下方に押し込む力、すなわち、組み付け荷重F1の大きさと、両対向面17,58の傾斜角度と、によって定まる。そして、両対向面17,58の傾斜角度は、ほぼ固定であるため、拘束荷重Ftは、組み付け荷重F1さえ調節すれば、自由に調節できる。あるいは、上述したとおり、拘束荷重Ftは、電池スタック12の変形量εとバネ定数Kとの乗算値であるため、電池スタック12の変形量ε、ひいては、電池スタック12の押し込み量を調節して、拘束荷重Ftを調節してもよい。いずれにしても、本実施形態によれば、電池スタック12ごとのバネ定数のバラツキに応じて、拘束用部品の寸法を個別に調整する必要がない。結果として、部品種類数を低減しつつも、電池スタック12に適切な拘束荷重Ftを付与できる。   The size of the restraint load Ft applied to the battery stack 12 is determined by the force of pushing the battery stack 12 downward, that is, the size of the assembly load F1 and the inclination angles of the facing surfaces 17 and 58. Since the inclination angles of the opposing surfaces 17 and 58 are substantially fixed, the restraint load Ft can be freely adjusted by adjusting only the assembly load F1. Alternatively, as described above, since the restraint load Ft is a product of the deformation amount ε of the battery stack 12 and the spring constant K, the deformation amount ε of the battery stack 12, and thus the pushing amount of the battery stack 12, is adjusted. The restraint load Ft may be adjusted. In any case, according to the present embodiment, it is not necessary to individually adjust the dimensions of the constraining component according to the variation in the spring constant of each battery stack 12. As a result, an appropriate restraining load Ft can be applied to the battery stack 12 while reducing the number of types of parts.

収容空間56内において、電池スタック12を所定の組み付け荷重で押し下げることで、当該電池スタック12に所望の拘束荷重が付与できれば、当該電池スタック12を固定する。電池スタック12の固定方法としては、種々考えられる。本実施形態では、電池スタック12を所望の押し込み位置で固定するために、スタック側対向面17およびケース側対向面58それぞれの表面に鋸歯状凹凸60,62を形成している。これについて図4を参照して説明する。   If the desired binding load can be applied to the battery stack 12 by pushing down the battery stack 12 in the accommodation space 56 with a predetermined assembly load, the battery stack 12 is fixed. There are various conceivable methods for fixing the battery stack 12. In the present embodiment, in order to fix the battery stack 12 at a desired pushing position, the sawtooth-shaped irregularities 60 and 62 are formed on the surfaces of the stack-side facing surface 17 and the case-side facing surface 58, respectively. This will be described with reference to FIG.

図4に示す通り、本実施形態では、スタック側対向面17に、水平面60aと、下方に近づくにつれて内側に近づく傾斜面60bとが、上下方向に、所定ピッチで交互に並ぶ鋸歯状凹凸60を形成している。同様に、ケース側対向面58にも、水平面62aと、下方に近づくにつれて内側(電池スタック12側)に近づく傾斜面62bとが、上下方向に、所定ピッチで交互に並ぶ鋸歯状凹凸62を形成している。スタック側対向面17の鋸歯状凹凸60、および、ケース側対向面58の鋸歯状凹凸62は、その配設ピッチおよび傾斜面60b,62bの傾斜角度は、ほぼ同じとなっており、一方の鋸歯状凹凸の山部が、他方の鋸歯状凹凸の谷部に係合できるようになっている。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, on the stack-side facing surface 17, the horizontal plane 60a and the inclined surface 60b approaching the inner side as approaching downward are provided with saw-toothed concavities and convexities 60 which are alternately arranged at a predetermined pitch in the vertical direction. Is forming. Similarly, on the case-side facing surface 58, a horizontal surface 62a and an inclined surface 62b that approaches the inside (battery stack 12 side) toward the lower side form saw-tooth-like irregularities 62 that are alternately arranged in the vertical direction at a predetermined pitch. are doing. The arrangement pitch of the sawtooth-shaped irregularities 60 on the stack side facing surface 17 and the sawtooth-shaped irregularities 62 on the case side facing surface 58 and the inclination angles of the inclined surfaces 60b and 62b are substantially the same. The crests of the concavo-convex shape can be engaged with the troughs of the other serrated concavity and convexity.

かかる構成の電池スタック12を収容空間56内で下方に押し込んだ場合、両対向面17,58の鋸歯状凹凸60,62の傾斜面60b,62bが互いに当たるため、電池スタック12の下方への移動が許容される。一方で、一度、押し込まれた電池スタック12が上方に移動しようとしたときには、両対向面17,58の鋸歯状凹凸60,62の水平面60a,62aが互いに係止し合うため、電池スタック12の上方への移動が阻害される。その結果、電池スタック12は、押し込まれた位置で固定される。   When the battery stack 12 having such a configuration is pushed downward in the accommodation space 56, the inclined surfaces 60b and 62b of the saw-toothed concavities and convexities 60 and 62 of the opposing surfaces 17 and 58 come into contact with each other, so that the battery stack 12 moves downward. Is acceptable. On the other hand, when the pushed-in battery stack 12 tries to move upward, the horizontal planes 60a and 62a of the sawtooth-shaped irregularities 60 and 62 of the opposite surfaces 17 and 58 are locked to each other, so that the battery stack 12 The upward movement is hindered. As a result, the battery stack 12 is fixed in the pushed position.

なお、ここで説明した固定方法は、一例であり、所望の深さまで押しこまれた電池スタック12の上方への移動を防止できるのであれば、他の固定方法でもよい。例えば、アッパーカバー54で、電池スタック12の上面を押さえることで、電池スタック12を固定してもよい。また、電池スタック12を、螺合や溶接等の固定手段で固定してもよい。   The fixing method described here is an example, and another fixing method may be used as long as it can prevent the battery stack 12 pushed into a desired depth from moving upward. For example, the battery stack 12 may be fixed by pressing the upper surface of the battery stack 12 with the upper cover 54. The battery stack 12 may be fixed by fixing means such as screwing or welding.

また、これまで説明した構成は、一例であり、少なくとも電池スタック12の積層方向一端面と、収容空間56の前記一端面との対向面と、が傾斜しているのであれば、その他の構成は、変更されてもよい。例えば、上述の説明では、電池スタック12の積層方向両端面、および、収容空間56の積層方向両端面を傾斜面としているが、いずれか一方のみを傾斜面とし、他方は、垂直面としてもよい。また、本実施形態で例示した電池セル18やセパレータ20の形状や個数は、全て一例であり、電池セル18が角型であるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。また、本実施形態では、複数の電池セル18を直列接続しているが、複数の電池セル18は、並列接続されてもよい。   Further, the configuration described so far is an example, and at least the one end surface in the stacking direction of the battery stack 12 and the surface facing the one end surface of the accommodation space 56 are inclined, other configurations are , May be changed. For example, in the above description, both end faces in the stacking direction of the battery stack 12 and both end faces in the stacking direction of the accommodation space 56 are inclined faces, but only one of them may be an inclined face and the other may be a vertical face. . Moreover, the shapes and the numbers of the battery cells 18 and the separators 20 illustrated in the present embodiment are all examples, and other configurations may be appropriately changed as long as the battery cells 18 are rectangular. Further, in the present embodiment, the plurality of battery cells 18 are connected in series, but the plurality of battery cells 18 may be connected in parallel.

10 電池モジュール、12 電池スタック、14 電池積層体、16 エンドプレート、17 スタック側対向面、18 電池セル、20 セパレータ、22n 負極端子、22p 正極端子、26 枠部、28 ダクト片、50 モジュールケース、52 ロアケース、54 アッパーカバー、56 収容空間、58 ケース側対向面、60,62 鋸歯状凹凸、100 拘束バンド。
10 battery modules, 12 battery stacks, 14 battery stacks, 16 end plates, 17 stack side facing surfaces, 18 battery cells, 20 separators, 22n negative electrode terminals, 22p positive electrode terminals, 26 frame portions, 28 duct pieces, 50 module cases, 52 lower case, 54 upper cover, 56 accommodation space, 58 case-side facing surface, 60, 62 serrated irregularities, 100 restraining band.

Claims (1)

複数の角型電池を厚み方向に積層した電池積層体と、前記電池積層体の積層方向両端に配される一対のエンドプレートと、を含む電池スタックと、
上端が開口されるとともに前記電池スタックが収容される収容空間を有する収容ケースと、
を備え、
前記一対のエンドプレートのうち少なくとも一方は、前記収容ケースの下端に近づくにつれて、前記電池スタックの積層方向の寸法が小さくなるように傾斜したスタック側対向面を有し、
前記収容空間は、前記スタック側対向面に対向し、前記収容ケースの下端に近づくにつれて、前記収容空間の前記積層方向の寸法が小さくなるように傾斜したケース側対向面を有する、
ことを特徴とする電池モジュール。
A battery stack including a battery stack in which a plurality of prismatic batteries are stacked in the thickness direction, and a pair of end plates arranged at both ends of the battery stack in the stacking direction,
A storage case having a storage space in which the upper end is opened and the battery stack is stored,
Equipped with
At least one of the pair of end plates has a stack-side facing surface that is inclined so that the dimension in the stacking direction of the battery stack becomes smaller toward the lower end of the housing case,
The accommodating space has a case-side opposing surface that opposes the stack-side opposing surface and that is inclined so that the dimension of the accommodating space in the stacking direction becomes smaller toward the lower end of the accommodating case.
A battery module characterized by the above.
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