JP6844359B2 - 電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、電池モジュールに関する。
従来の電池モジュールとして、例えば特許文献1に記載されたものがある。この従来の電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体と、配列体における電池セルの配列方向の一方端に配置された弾性部材と、配列体を配列方向に挟む一対のエンドプレートと、配列体に対して配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備えて構成されている。拘束部材は、各エンドプレートに設けられた挿通孔に挿通された拘束ボルトと、各エンドプレートから外側に突出した拘束ボルトの突出部分それぞれに螺合された一対のナットと、を含んで構成され、これらのナットにより一対のエンドプレートを外側から締め付けることによって配列体に拘束荷重を付加している。
上述したような電池モジュールでは、例えば搭載対象の車両の振動などによって衝撃荷重が作用した場合、挿通孔内での拘束ボルトの位置が変動することが考えられる。拘束ボルトの位置が変動すると、拘束ボルトがエンドプレートと干渉し、干渉位置において拘束ボルトに過大な荷重がかかるおそれがある。特に、弾性部材に近い方のエンドプレートにおいては、衝撃荷重によって弾性部材が変形することで、挿通孔内での拘束ボルトの位置が変動しやすく、拘束ボルトがエンドプレートに干渉する問題が発生し易くなっていると考えられる。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、拘束ボルトとエンドプレートとの干渉を抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体と、配列体において電池セルの配列方向の一方側に偏在して配置された弾性部材と、配列体を配列方向に挟む一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート同士を互いに連結する拘束ボルトを有し、配列体に対して配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、拘束部材は、拘束ボルトの結合位置において一方側のエンドプレートを内側から締め付ける内側締結部及び外側から締め付ける外側締結部を含む。
この電池モジュールでは、拘束ボルトの結合位置において一方側のエンドプレートを内側締結部及び外側締結部によって両側から締め付け、両締結部間に大きな軸力(締結力)を生じさせることで、当該エンドプレートに対して拘束ボルトを強固に固定できる。このため、拘束ボルトとエンドプレートとの干渉を抑制できる。更に、この電池モジュールでは、一対のエンドプレートのうち、弾性部材が偏在して配置されているために拘束ボルトとの干渉が生じ易い一方側のエンドプレートに対して拘束ボルトが固定される。このため、拘束ボルトとエンドプレートとの干渉を効果的に抑制できる。
また、内側締結部は、拘束ボルトのネジ部に螺合されたナットによって構成されていてもよい。この場合、構成を簡易化できる。
また、拘束ボルトは、円筒部分の先端側に当該円筒部分よりも小径のネジ部が設けられた段付きボルトであり、内側締結部は、円筒部分とネジ部との間の段差部によって構成されていてもよい。この場合、部品点数を削減できる。
また、内側締結部は、拘束ボルトに設けられた鍔部によって構成されていてもよい。この場合、部品点数を削減できる。また、内側締結部とエンドプレートとの接触面の面積を容易に確保できる。
また、外側締結部は、拘束ボルトの頭部によって構成されていてもよい。この場合、構成を簡易化できると共に、部品点数を削減できる。
また、外側締結部は、拘束ボルトのネジ部に螺合されたナットによって構成されていてもよい。この場合、構成を一層簡易化できる。
また、一方側のエンドプレートの内側の表面には、内側締結部と拘束ボルトの回転方向に係合して拘束ボルトを回り止めするための段部が設けられていてもよい。この場合、外側締結部の締結時に拘束ボルトが一緒に回ってしまうことを抑制できる。
また、一方側のエンドプレートの外側の表面には、外側締結部と拘束ボルトの回転方向に係合して拘束ボルトを回り止めするための段部が設けられていてもよい。この場合、内側締結部の締結時に拘束ボルトが一緒に回ってしまうことを抑制できる。
本発明によれば、拘束ボルトとエンドプレートとの干渉を抑制できる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
図1は、第1実施形態に係る電池モジュールを示す概略断面図である。同図に示すように、第1実施形態に係る電池モジュール1Aは、複数の電池セル3が配列されてなる配列体2と、配列体2を配列方向Dに挟む一対のエンドプレート6,7と、配列体2に対して配列方向Dに拘束荷重を付加する拘束部材8Aと、を備えている。配列体2には、弾性部材4及びミドルプレート5が更に含まれている。
配列体2を構成する電池セル3は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。本実施形態では、配列体2には8体の電池セル3が含まれている。隣り合う電池セル3同士は、例えば両面テープで貼り合わされている。各電池セル3は、樹脂製のセルホルダによって保持された状態で配列されていてもよい。また、隣り合う電池セル3の間に伝熱プレートが配置されていてもよい。
各電池セル3は、例えば略直方体形状をなす中空のケース内に電極組立体及び電解液を収容してなる。ケースの頂面には、一対の電極端子(不図示)が互いに離間して設けられている。電極端子の一方は、電極組立体の正極に接続された正極端子であり、電極端子の他方は、電極組立体の負極に接続された負極端子である。隣接する電池セル3,3は、正極端子と負極端子とが互いに隣り合うように配列され、隣り合う正極端子と負極端子とをバスバー部材で接続することにより、電気的に直列に接続されている。
弾性部材4は、電池セル3に膨張が生じた場合に、拘束荷重による電池セル3、エンドプレート6,7及び拘束部材8Aの破損を防止する目的のために用いられる。弾性部材4は、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成されている。弾性部材4は、配列体2において配列方向Dの一方側に偏在して配置されている。本実施形態では、弾性部材4は、配列体2における配列方向Dの一方端に配置されている。弾性部材4の他の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム、シリコンゴム等が挙げられる。弾性部材4は、ゴムに限らず、バネ材などであってもよい。
ミドルプレート5は、例えば樹脂製の板状部材である。ミドルプレート5は、配列方向Dから見た場合の電池セル3の形状に対応した略矩形の板状をなしており、配列方向Dの最も一方側に位置する電池セル3と弾性部材4との間に配置されている。ミドルプレート5により、弾性部材4から各電池セル3にかかる荷重のばらつきが抑制されている。ミドルプレート5の四隅には、後述する拘束ボルト12を挿通させる挿通孔5aが設けられている。
エンドプレート6,7は、例えば金属製の板状部材である。エンドプレート6,7は、ミドルプレート5と同様に、配列方向Dから見た場合の電池セル3の形状に対応した略矩形の板状をなしている。一方のエンドプレート6は、弾性部材4に当接するように配置されている。他方のエンドプレート7は、配列方向Dの最も他方側に位置する電池セル3に当接するように配置されている。エンドプレート6,7の四隅には、拘束ボルト12を挿通させる挿通孔6a,7aがそれぞれ設けられている。
エンドプレート6の縁部6bには、外部(ここでは筐体10)との固定に用いられる固定片9が設けられている。固定片9は、エンドプレート6の縁部6bからエンドプレート6に対して略直角に張り出している。固定片9には、固定ボルト11を挿通させる挿通孔9aがエンドプレート6の縁部6bに沿って複数設けられている。エンドプレート7の縁部7bにも同様の固定片9が設けられている。これらの挿通孔9aに通した固定ボルト11を筐体10に設けたボルト孔10aに螺合することにより、電池モジュール1が筐体10に対して固定されている。
拘束部材8Aは、拘束ボルト12と、内側締結部13と、外側締結部14とによって構成されている。拘束ボルト12は、頭部12aを有する長尺のボルトであり、先端部にネジ部12bが形成されている。ネジ部12bは、拘束ボルト12において、内側締結部13及び外側締結部14が螺合されるネジ山が設けられた部分である。拘束ボルト12は、一対のエンドプレート6,7の間に掛け渡され、エンドプレート6,7同士を互いに連結している。拘束部材8Aは、固定片9寄りの位置で一対のエンドプレート6,7同士を連結する拘束ボルト12と、固定片9から離れた位置で一対のエンドプレート6,7同士を連結する拘束ボルト12とを、それぞれ2本ずつ有している。
拘束ボルト12は、エンドプレート7側からミドルプレート5及びエンドプレート6,7を挿通するように、挿通孔5a,6a,7aに通されている。エンドプレート6から突出する拘束ボルト12のネジ部12bには、六角形状のナットによって構成された外側締結部14が螺合されている。外側締結部14は、エンドプレート6を配列方向Dの外側から締め付け、拘束ボルト12の頭部12aとの間で一対のエンドプレート6,7を挟み込んでいる。これにより、電池セル3、弾性部材4及びミドルプレート5が挟持されてユニット化されると共に、エンドプレート6,7を介して電池セル3、弾性部材4及びミドルプレート5に所定の拘束荷重が付加されている。この拘束荷重は、弾性部材4の弾性反発力と釣り合っており、例えば数百N程度となっている。
更に、拘束ボルト12のネジ部12bには、外側締結部14と同形状のナットによって構成された内側締結部13が螺合されている。内側締結部13は、エンドプレート6を配列方向Dの内側から締め付け、拘束ボルト12の結合位置Pにおいて外側締結部14との間でエンドプレート6を挟み込んでいる。拘束ボルト12の結合位置Pは、エンドプレート6において拘束ボルト12に対応する位置であり、より詳細には挿通孔6aの周辺部分である。内側締結部13及び外側締結部14の締結力によって両側から締め付けられることにより、エンドプレート6には大きな軸力が作用している。この軸力は、上記拘束荷重よりも大きく、例えば数千N程度となっている。なお、内側締結部13及び外側締結部14の形状は、六角形状に限られず、円形状等の他の形状であってもよい。
次に、電池モジュール1Aの組立工程の例を説明する。まず、複数の電池セル3、弾性部材4、ミドルプレート5及びエンドプレート7を配列方向Dに沿って配列すると共に、エンドプレート7側からミドルプレート5及びエンドプレート7に拘束ボルト12を挿通させる。続いて、拘束ボルト12のネジ部12bに内側締結部13を螺合する。このとき、内側締結部13は、後工程において作業の妨げにならないように、エンドプレート6の組付位置よりも内側で且つミドルプレート5の組付位置よりも外側の位置に位置付けられる。
続いて、エンドプレート6を弾性部材4の外側に配置すると共に、エンドプレート6に拘束ボルト12を挿通させる。続いて、拘束ボルト12のネジ部12bに外側締結部14を螺合し、電池セル3、弾性部材4及びミドルプレート5に所定の拘束荷重を付加する。続いて、内側締結部13を回転させて配列方向Dの外側に向けて移動させることで、エンドプレート6を内側締結部13及び外側締結部14によって両側から締め付け、エンドプレート6に所定の軸力を作用させる。以上により、電池モジュール1Aが製造される。なお、組立性の向上ために、エンドプレート6,7の挿通孔6a,7aと拘束ボルト12の軸部との間のクリアランスは、ミドルプレート5の挿通孔5aと拘束ボルト12の軸部との間のクリアランスよりも大きくなっている。
以上説明したように、本実施形態の電池モジュール1Aでは、拘束ボルト12の結合位置Pにおいてエンドプレート6を内側締結部13及び外側締結部14によって両側から締め付け、内側締結部13と外側締結部14との間に大きな軸力(締結力)を生じさせることで、エンドプレート6に対して拘束ボルト12を強固に固定できる。このため、拘束ボルト12とエンドプレート6との干渉を抑制できる。更に、電池モジュール1Aでは、一対のエンドプレート6,7のうち、弾性部材4が偏在して配置されているために拘束ボルト12との干渉が生じ易い方のエンドプレート6に対して拘束ボルト12を固定する。このため、拘束ボルト12とエンドプレート6との干渉を効果的に抑制できる。
また、電池モジュール1Aでは、内側締結部13が拘束ボルト12のネジ部12bに螺合されたナットによって構成されている。このため、構成を簡易化できる。また、電池モジュール1では、外側締結部14が拘束ボルト12のネジ部12bに螺合されたナットによって構成されている。このため、構成を一層簡易化できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、図2に示される第2実施形態の電池モジュール1Bのように構成されてもよい。第2実施形態の拘束部材8Bでは、拘束ボルト12が、円筒部分12cの先端側に当該円筒部分12cよりも小径のネジ部12dが設けられた段付きボルトであり、内側締結部13が、円筒部分12cとネジ部12dとの間の段差部12eによって構成されている。段差部12eは、例えば配列方向Dに垂直な段差面を有している。このような拘束ボルト12は、例えば円筒状の基材の先端部を削り出し、当該先端部にネジ部12dを設けることによって形成される。円筒部分12cの基端側にはネジ部12fが設けられ、当該ネジ部12fにダブルナット15が螺合されている。第2実施形態では、外側締結部14とダブルナット15との間で一対のエンドプレート6,7が挟み込まれている。また、段差部12e(内側締結部13)と外側締結部14との間でエンドプレート6が挟み込まれている。ダブルナット15に代えて通常のナットが用いられてもよいが、ダブルナット15を用いると弾性部材4の収縮時等に緩みが生じることを防止できる。
第2実施形態の電池モジュール1Bの組立工程においては、まず、エンドプレート6に拘束ボルト12を挿通させた後、拘束ボルト12のネジ部12bに外側締結部14を螺合し、エンドプレート6を内側締結部13(段差部12e)及び外側締結部14によって両側から締め付ける。続いて、複数の電池セル3、弾性部材4、ミドルプレート5及びエンドプレート6を配列方向Dに沿って配列すると共に、エンドプレート6側からミドルプレート5及びエンドプレート7に拘束ボルト12を挿通させる。続いて、拘束ボルト12のネジ部12fにダブルナット15を螺合し、電池セル3、弾性部材4及びミドルプレート5に所定の拘束荷重を付加する。以上により、電池モジュール1Bが製造される。
このような第2実施形態によっても、上記第1実施形態と同様に、エンドプレート6に対して拘束ボルト12を強固に固定でき、拘束ボルト12とエンドプレート6との干渉を抑制できる。また、第2実施形態では、拘束ボルト12が、円筒部分12cの先端側に当該円筒部分12cよりも小径のネジ部12dが設けられた段付きボルトであり、内側締結部13が、円筒部分12cとネジ部12dとの間の段差部12eによって構成されているため、部品点数を削減できる。
また、図3に示される第3実施形態の電池モジュール1Cのように構成されてもよい。第3実施形態の拘束部材8Cでは、内側締結部13が、拘束ボルト12に設けられた鍔部12gによって構成されている。鍔部12gは、例えば円環状をなし、溶接等により拘束ボルト12の一端部側に結合されている。第2実施形態と同様に、拘束ボルト12の他端部側に設けられたネジ部12fにダブルナット15が螺合されており、外側締結部14とダブルナット15との間で一対のエンドプレート6,7が挟み込まれている。また、鍔部12g(内側締結部13)と外側締結部14との間でエンドプレート6が挟み込まれている。第3実施形態の電池モジュール1Cは、第2実施形態と同様の組立工程により製造される。
このような第3実施形態によっても、上記第1実施形態と同様に、エンドプレート6に対して拘束ボルト12を強固に固定でき、拘束ボルト12とエンドプレート6との干渉を抑制できる。また、第3実施形態では、拘束ボルト12に設けられた鍔部12gによって構成されているため、部品点数を削減できる。また、鍔部12gの径を変更することで、内側締結部13とエンドプレート6との接触面の面積を容易に確保できる。
また、図4に示される第4実施形態の電池モジュール1Dのように構成されてもよい。第4実施形態の拘束部材8Dでは、外側締結部14が拘束ボルト12の頭部12hによって構成されている。拘束ボルト12において頭部12hに隣接する部分には、内側締結部13が螺合するネジ部12iが設けられている。第2及び第3実施形態と同様に、拘束ボルト12の頭部12hとは反対側に設けられたネジ部12fにダブルナット15が螺合されており、外側締結部14とダブルナット15との間で一対のエンドプレート6,7が挟持されている。また、内側締結部13と頭部12h(外側締結部14)との間でエンドプレート6が挟持されている。内側締結部13は、上記第1実施形態と同様に、ナットによって構成されている。拘束ボルト12は、エンドプレート6側からミドルプレート5及びエンドプレート7に挿通させられる。第4実施形態の電池モジュール1Dの組立工程においては、まず、エンドプレート6に拘束ボルト12を挿通させた後、拘束ボルト12のネジ部12iに内側締結部13を螺合し、エンドプレート6を内側締結部13及び外側締結部14(頭部12h)によって両側から締め付ける。その他の点は第2実施形態の場合と同様である。
このような第4実施形態によっても、上記第1実施形態と同様に、エンドプレート6に対して拘束ボルト12を強固に固定でき、拘束ボルト12とエンドプレート6との干渉を抑制できる。また、第4実施形態では、外側締結部14が拘束ボルト12の頭部12hによって構成されているため、構成を簡易化できると共に、部品点数を削減できる。
また、図5及び図6(a)に示される第5実施形態の電池モジュール1Eのように構成されてもよい。第5実施形態では、上記第3実施形態において、エンドプレート6の内側の表面6cに、内側締結部13と拘束ボルト12の回転方向に係合して拘束ボルト12を回り止めするための段部16が設けられている。この例では、エンドプレート6の表面6cから突出する突出部17が設けられることにより、表面6cと突出部17との間に段部16が形成されている。第5実施形態の拘束部材8Eでは、図6(a)に示すように、鍔部12gは、配列方向Dから見て六角形状をなしている。突出部17は、配列方向Dから見て長方形状をなし、各鍔部12gの周辺に、鍔部12gを挟むように一対設けられている。鍔部12gを挟んで対向する一対の突出部17は、互いに平行に配置され、一対の突出部17間の間隔は、鍔部12gの互いに対向する二面間の距離と同一又は当該距離よりも僅かに大きくなっている。組立時には、これら一対の突出部17(段部16)の間に内側締結部13が配置され、内側締結部13と突出部17とが拘束ボルト12の回転方向に係合する。これにより、外側締結部14の締結時に拘束ボルト12が一緒に回ってしまうこと(供回り)を抑制できる。
更に、第5実施形態では、図6(b)に示すように、一対の突出部17に互いの対向方向に突出する凸部17aがそれぞれ設けられると共に、鍔部12gに各凸部17aが入り込む凹部12jが設けられてもよい。この場合、凸部17aと凹部12jとが拘束ボルト12の回転方向に係合することで、外側締結部14の締結時における拘束ボルト12の供回りを一層抑制できる。また、第5実施形態では、段部16は、エンドプレート6の表面6cから突出する突出部17が設けられていることにより形成されていたが、エンドプレート6の表面6cに内側締結部13が入り込む凹部が設けられることにより形成されてもよい。また、上記第2実施形態に段部16が追加されてもよい。また、上記第4実施形態において、エンドプレート6の外側の表面に、外側締結部14(頭部12h)と拘束ボルト12の回転方向に係合して拘束ボルト12を回り止めするための段部が設けられてもよい。この場合にも、段部は、エンドプレート6の外側の表面から突出する突出部が設けられることにより形成されていてもよいし、エンドプレート6の外側の表面に外側締結部14が入り込む凹部が設けられることにより形成されてもよい。また、上記第5実施形態において、内側締結部13は、ネジ部12dに螺合されたナットによって構成されていてもよい。この場合、内側締結部13は、例えば、ネジ部12dの螺合限まで螺合される(ネジ部12dの端部に突き当たる)ことによって位置決めされる。組立工程については、内側締結部13を位置決めした後は、第2実施形態と同様の組立手順を採用することができる。また、上記第4実施形態において、外側締結部14が、拘束ボルト12の先端部に設けられたネジ部に螺合されたナットによって構成され、且つ、エンドプレート6の外側の表面に、外側締結部(ナット)14と拘束ボルト12の回転方向に係合して拘束ボルト12を回り止めするための段部が設けられてもよい。この場合、外側締結部14は、例えば、ネジ部の螺合限まで螺合されることによって位置決めされる。このネジ部は、ネジ部12iとは別に設けられる。
また、上記第1実施形態では、弾性部材4が、配列体2における配列方向Dの一方端に配置されていたが、配列体2において配列方向Dの一方側に偏在して配置されていればよく、例えば一方端側において隣り合う電池セル3間に配置されてもよい。弾性部材4の配置数や配置態様は限定されず、例えば配列体2の配列端及び/又は各電池セル3間に複数の弾性部材4が配置されてもよい。また、上記実施形態において、外側締結部14の締結後に、内側締結部13及び/又は外側締結部14とエンドプレート6とを溶接により結合してもよい。この場合、エンドプレート6に対して拘束ボルト12を一層強固に固定できる。
1A…電池モジュール、2…配列体、3…電池セル、4…弾性部材、6,7…エンドプレート、8A…拘束部材、12…拘束ボルト、12c…円筒部分、12d…ネジ部、12e…段差部、12g…鍔部、12h…頭部、13…内側締結部、14…外側締結部、16…段部、D…配列方向。
Claims (8)
- 複数の電池セルを配列してなる配列体と、
前記配列体において前記電池セルの配列方向の一方側に偏在して配置された弾性部材と、
前記配列体を前記配列方向に挟む一対のエンドプレートと、
前記一対のエンドプレート同士を互いに連結する拘束ボルトを有し、前記配列体に対して前記配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、
前記拘束部材は、前記拘束ボルトの結合位置において前記一方側の前記エンドプレートを内側から締め付ける内側締結部及び外側から締め付ける外側締結部を含む、電池モジュール。 - 前記内側締結部は、前記拘束ボルトのネジ部に螺合されたナットによって構成されている、請求項1に記載の電池モジュール。
- 前記拘束ボルトは、円筒部分の先端側に当該円筒部分よりも小径のネジ部が設けられた段付きボルトであり、
前記内側締結部は、前記円筒部分と前記ネジ部との間の段差部によって構成されている、請求項1に記載の電池モジュール。 - 前記内側締結部は、前記拘束ボルトに設けられた鍔部によって構成されている、請求項1に記載の電池モジュール。
- 前記外側締結部は、前記拘束ボルトの頭部によって構成されている、請求項1又は2に記載の電池モジュール。
- 前記外側締結部は、前記拘束ボルトのネジ部に螺合されたナットによって構成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記一方側の前記エンドプレートの内側の表面には、前記内側締結部と前記拘束ボルトの回転方向に係合して前記拘束ボルトを回り止めするための段部が設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池モジュール。
- 前記一方側の前記エンドプレートの外側の表面には、前記外側締結部と前記拘束ボルトの回転方向に係合して前記拘束ボルトを回り止めするための段部が設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電池モジュール。
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