JP7148326B2 - battery module - Google Patents
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Description
本発明は、複数積層された単電池セルを一対のエンドプレートによって挟持したバッテリモジュールに関する。 The present invention relates to a battery module in which a plurality of stacked unit cells are sandwiched between a pair of end plates.
ハイブリッドカーや電気自動車等に搭載されるバッテリモジュールは、複数積層された単電池セルにより構成される単電池セル群を一対のエンドプレート間に配置させ、エンドプレートに亘って設けられるバインドバー等の拘束部材によって単電池セル群全体を挟持している。 A battery module mounted on a hybrid car or an electric vehicle has a unit cell group composed of a plurality of stacked unit cells arranged between a pair of end plates, and a bind bar or the like provided across the end plates. The entire single battery cell group is sandwiched by the restraining member.
ところで、単電池セルは充放電や劣化によって膨張する。単電池セル群は、この膨張を抑えるため、積層方向に沿って圧縮する方向に大きな初期荷重が加えられ、単電池セル群全体がエンドプレート間に強引に押さえ込まれている。このため、膨張による単電池セルの内圧上昇によって単電池セル群が積層方向に伸長すると、エンドプレートにはかなり大きな荷重が掛かる。 By the way, a single battery cell expands due to charge/discharge and deterioration. In order to suppress this expansion, a large initial load is applied to the unit cell group in a compressing direction along the stacking direction, and the entire unit cell group is forcibly pressed between the end plates. Therefore, when the unit cell group expands in the stacking direction due to an increase in the internal pressure of the unit cells due to expansion, a considerably large load is applied to the end plates.
このようなバッテリモジュールでは、単電池セルの膨張時、拘束部材とエンドプレートとの固定点に、初期荷重に加えて更に大きな荷重が掛かる。このため、拘束部材とエンドプレートとの固定点の撓み構造や滑り構造等を別途設けることによって、固定点に掛かる負荷を軽減する工夫が必要となる。また、従来、単電池セル群とエンドプレートとの間に弾性部材を配置させ、単電池セルの膨張時に発生する更なる荷重を矩形板状の低弾性のゴムスポンジで吸収するようにしたバッテリモジュールも知られている(例えば、特許文献1参照)。しかし、このバッテリモジュールも、単電池セル群を圧縮することによって大きな初期荷重(拘束荷重)を掛けることに変わりはない。 In such a battery module, when the single cell expands, a greater load than the initial load is applied to the fixing point between the restraint member and the end plate. Therefore, it is necessary to reduce the load applied to the fixing point by separately providing a bending structure or a sliding structure at the fixing point between the restraint member and the end plate. Conventionally, an elastic member is arranged between a unit cell group and an end plate, and a rectangular plate-shaped low-elasticity rubber sponge absorbs additional load generated when the unit cell expands. is also known (see, for example, Patent Document 1). However, this battery module also applies a large initial load (restrained load) by compressing the unit cell group.
従来のバッテリモジュールは、いずれも単電池セル群に対して圧縮することによって大きな初期荷重を掛けるため、固定点の撓み構造や滑り構造等の別途の構造を付加する必要があり、構造が複雑化するだけでなく、初期荷重を掛けるための積層設備及び積層工程も必要となる。しかも、単電池セルの積層数が多くなる程、単電池セル群は、膨張によって伸長した際の寸法増加が大きくなる。初期荷重は、この単電池セル群の寸法増加を考慮して設定されるため、大電流に対応するべく単電池セルの積層数を多くすると、その積層数の増加に対応した大きな初期荷重を掛けなくてはならない。しかし、単電池セルの構造上、印加可能な初期荷重にも限度があるため、単電池セルの積層数が制約される問題もある。 In conventional battery modules, a large initial load is applied by compressing the unit cell group, so it is necessary to add a separate structure such as a flexible structure or a sliding structure at the fixed point, which makes the structure complicated. In addition, lamination equipment and a lamination process for applying an initial load are also required. In addition, the larger the number of laminated single cells, the greater the increase in the size of the single cell group when it expands due to expansion. Since the initial load is set in consideration of the increase in the size of the single cell group, if the number of single cell stacks is increased in order to cope with a large current, a large initial load corresponding to the increase in the number of stacks is applied. Must-have. However, since there is a limit to the initial load that can be applied due to the structure of the unit cell, there is also the problem that the number of stacked unit cells is restricted.
そこで、本発明は、大きな初期荷重を掛けることなく複数の単電池セルをエンドプレート間に積層配置させることができ、エンドプレートに掛かる荷重変動にも簡素な構造で対応可能なバッテリモジュールを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides a battery module in which a plurality of unit cells can be stacked between end plates without applying a large initial load, and which can cope with load fluctuations applied to the end plates with a simple structure. for the purpose.
(1) 本発明に係るバッテリモジュール(例えば、後述のバッテリモジュール1)は、複数積層された単電池セル(例えば、後述の単電池セル21)により構成される単電池セル群(例えば、後述の単電池セル群2)と、前記単電池セル群の積層方向の両端にそれぞれ配置される一対のエンドプレート(例えば、後述のエンドプレート3、4)と、前記単電池セル群と前記一対のエンドプレートのうちの少なくともいずれか一方(例えば、後述のエンドプレート3)との間に設けられ、前記単電池セル群に対して押圧する方向の荷重を付与可能なばね部材(例えば、後述のばね部材6)と、を備え、前記ばね部材は、前記単電池セルの中央領域に対応する位置に配置される第1ばね(例えば、後述の第1ばね61)と、前記第1ばねの周囲に配置される第2ばね(例えば、後述の第2ばね62)と、を含むと共に、前記第1ばねのばね定数は、前記第2ばねのばね定数よりも大きい。
(1) A battery module (for example, a
上記(1)に記載のバッテリモジュールによれば、一対のエンドプレート間の単電池セル群に対して、第1ばねよりもばね定数が相対的に小さい第2ばねが先に接触して単電池セル群を支持するため、大きな初期荷重を掛けることなく単電池セル群をエンドプレート間に積層配置させることができる。また、単電池セルの膨張時には、ばね定数が相対的に大きい第1ばねで単電池セル群からの荷重に対応可能であるため、エンドプレートに掛かる荷重変動にも簡素な構造で対応可能となる。更に、初期荷重を掛けるための積層設備及び積層工程が不要になり、また、単電池セルの積層数を増加させることもできる。 According to the battery module described in (1) above, the second spring, which has a relatively smaller spring constant than the first spring, first comes into contact with the unit cell group between the pair of end plates, thereby Since the cell group is supported, the unit cell group can be stacked and arranged between the end plates without applying a large initial load. In addition, when the unit cell expands, the load from the unit cell group can be handled by the first spring having a relatively large spring constant, so the load fluctuations applied to the end plate can be handled with a simple structure. . Furthermore, the stacking facility and stacking process for applying an initial load are not required, and the number of stacks of single cells can be increased.
(2) (1)に記載のバッテリモジュールにおいて、前記第1ばねは、前記単電池セル群に対して、前記単電池セルの膨張時の内圧上昇によって前記エンドプレートに作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねであり、前記第2ばねは、前記単電池セル群に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねであってよい。 (2) In the battery module according to (1), the first spring acts on the unit cell group against a load acting on the end plate due to an increase in internal pressure during expansion of the unit cells. and the second spring may be a spring capable of applying a load corresponding to a load necessary for maintaining the initial stacked state to the unit cell group.
上記(2)に記載のバッテリモジュールによれば、第1ばね及び第2ばねのそれぞれによって単電池セル群に対して適切な荷重を付与することができる。 According to the battery module described in (2) above, an appropriate load can be applied to the single battery cell group by each of the first spring and the second spring.
(3) (1)又は(2)に記載のバッテリモジュールにおいて、前記単電池セルの非膨張状態において、前記第2ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重は、前記第1ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重よりも大きいものであってよい。 (3) In the battery module according to (1) or (2), in the non-expanded state of the unit cells, the load applied by the second spring to the unit cell group is The load may be larger than the load applied to the unit cell group.
上記(3)に記載のバッテリモジュールによれば、単電池セルの非膨張時には、ばね定数が相対的に小さい第2ばねが主として単電池セル群に対して荷重を付与するため、大きな荷重の必要のない非膨張時の単電池セル群に対して、無理な荷重が掛かることがない。 According to the battery module described in (3) above, when the unit cells do not expand, the second spring having a relatively small spring constant mainly applies a load to the unit cell group, so a large load is required. An unreasonable load is not applied to the single battery cell group in a non-expanded state without any pressure.
(4) (1)~(3)のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記ばね部材が設けられる前記エンドプレートと前記単電池セル群との間に配置され、前記ばね部材を保持するホルダ部材(例えば、後述のホルダ部材7)を備え、前記ホルダ部材は、前記エンドプレートの内側面(例えば、後述の内側面3a)に沿って接触し、前記単電池セル群との間で前記第2ばねを保持する平板部(例えば、後述の平板部71)と、前記平板部に対して前記単電池セル群に向けて突出するように設けられ、前記エンドプレートとの間で前記第1ばねを収容して保持する可撓性を有する凹部(例えば、後述の凹部72)と、を有するものであってよい。
(4) In the battery module according to any one of (1) to (3), a holder member that is arranged between the end plate on which the spring member is provided and the unit cell group and holds the spring member (For example, a
上記(4)に記載のバッテリモジュールによれば、第1ばね及び第2ばねを有するばね部材を、単電池セルとエンドプレートとの間に容易に配置及び保持可能となる。また、ばね定数が相対的に大きい第1ばねは、エンドプレートの側からホルダ部材の凹部内に収容され、単電池セルとは直に接触しないため、第1ばねの大きな荷重によって単電池セルが損傷するおそれも回避できる。 According to the battery module described in (4) above, the spring member having the first spring and the second spring can be easily arranged and held between the unit cell and the end plate. In addition, the first spring, which has a relatively large spring constant, is accommodated in the recess of the holder member from the end plate side and does not come into direct contact with the single cell. You can also avoid the risk of damage.
(5) (1)~(4)のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記第1ばねは、皿ばねにより構成され、前記第2ばねは、板ばねにより構成されてもよい。 (5) In the battery module according to any one of (1) to (4), the first spring may be a disc spring, and the second spring may be a leaf spring.
上記(5)に記載のバッテリモジュールによれば、第1ばね及び第2ばねの圧縮時の寸法を小さくできるため、ばね部材を全体的にコンパクトに構成でき、バッテリモジュールの大型化を抑制できる。 According to the battery module described in (5) above, since the dimensions of the first spring and the second spring when compressed can be reduced, the spring member can be made compact as a whole, and an increase in the size of the battery module can be suppressed.
(6) (1)~(5)のいずれかに記載のバッテリモジュールにおいて、前記一対のエンドプレートの相対向する内側面間に亘って配置され、前記一対のエンドプレートの間隔を一定間隔に保持する間隔保持部材(例えば、後述のタイロッド5)を備えるものであってよい。
(6) In the battery module according to any one of (1) to (5), the battery module is arranged across the inner side surfaces of the pair of end plates facing each other to keep the gap between the pair of end plates constant. A spacing member (for example, a
上記(6)に記載のバッテリモジュールによれば、一対のエンドプレートの最小間隔が間隔保持部材の長さによって規制されるため、単電池セル群に対して過大な初期荷重が掛かることを防止できる。また、一対のエンドプレートの間隔を一定間隔に容易に保持可能であるため、バッテリモジュールの組立て作業も容易になる。 According to the battery module described in (6) above, since the minimum distance between the pair of end plates is regulated by the length of the distance retaining member, it is possible to prevent an excessive initial load from being applied to the unit cell group. . In addition, since the gap between the pair of end plates can be easily maintained at a constant gap, the assembly work of the battery module is facilitated.
本発明によれば、大きな初期荷重を掛けることなく複数の単電池セルをエンドプレート間に積層配置させることができ、エンドプレートに掛かる荷重変動にも簡素な構造で対応可能なバッテリモジュールを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, a battery module is provided in which a plurality of unit cells can be stacked between end plates without applying a large initial load, and which can cope with load fluctuations applied to the end plates with a simple structure. be able to.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを分解して示す分解斜視図である。図2Aは、本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを一方向から見た分解斜視図である。図2Bは、本発明に係るバッテリモジュールのエンドプレートを他の一方向から見た分解斜視図である。図3は、本発明に係るバッテリモジュールの一方端における要部側面図である。図4は、単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールにおける図3中のA-A線に沿う断面図である。図5は、単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールにおける図3中のB-B線に沿う断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded end plate of a battery module according to the present invention. FIG. 2A is an exploded perspective view of the end plate of the battery module according to the present invention viewed from one direction. FIG. 2B is an exploded perspective view of the end plate of the battery module according to the present invention viewed from another direction. FIG. 3 is a side view of essential parts at one end of the battery module according to the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view along line AA in FIG. 3 of the battery module when the unit cells are not expanded. FIG. 5 is a cross-sectional view of the battery module taken along line BB in FIG. 3 when the unit cells are not expanded.
図1に示すように、バッテリモジュール1は、単電池セル群2と、単電池セル群2の両端部に配置されて単電池セル群2を挟持する一対のエンドプレート3、4と、一対のエンドプレート3、4間に亘る複数本(本実施形態では4本)のタイロッド5と、一方のエンドプレート3と単電池セル群2との間に配置されるばね部材6と、ばね部材6を保持するホルダ部材7と、を有する。
As shown in FIG. 1, the
なお、本明細書の各図中の矢印で示す方向において、D1方向に沿う方向は、バッテリモジュール1の長さ方向を示す。D2方向に沿う方向は、バッテリモジュール1の幅方向を示す。D3方向に沿う方向は、バッテリモジュール1の高さ方向を示す。D3方向がバッテリモジュール1の「上」を示し、その反対方向がバッテリモジュール1の「下」を示す。
In the directions indicated by the arrows in each figure of this specification, the direction along the D1 direction indicates the length direction of the
単電池セル群2は、複数の直方体形状の単電池セル21をD1方向に沿って積層することにより構成される。単電池セル21は、アルミニウム、アルミニウム合金等からなるセルケース内に電極体(図示せず)を収容することにより構成され、上面に正負一対の電極端子22、22を有する。一般に、積層方向(D1方向)に隣り合う単電池セル21、21の電極端子22、22同士は、バスバー(図示せず)によって電気的に接続される。これにより、単電池セル群2の全ての単電池セル21は、直列又は並列に電気的に接続される。また、積層方向に隣り合う単電池セル21、21の間には、絶縁性のセパレータ(図示せず)がそれぞれ配置され、単電池セル21、21によって挟着される。
The
エンドプレート3、4は、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材、エンジニアリングプラスチック等の樹脂材、または金属材と樹脂材との積層体によって形成され、それぞれ単電池セル群2の積層方向の端面よりもやや大きな面積を有する板状部材からなる。エンドプレート3、4の四隅には、ボルト挿通孔31、41が設けられる。エンドプレート3、4は、単電池セル群2を挟んだ状態で、相対向する内側面3a、4a間に亘って配置されるタイロッド5に、それぞれボルト51によって固定される。
The
タイロッド5は、単電池セル21の積層方向に沿ってストレートに延びる棒状部材からなり、単電池セル群2の両側部に2本ずつ配置されている。エンドプレート3、4の相対向する内側面3a、4aは、タイロッド5の両端面にそれぞれ当接している。その状態で、エンドプレート3、4の外側からボルト挿通孔31、41にボルト51が挿通されることにより、エンドプレート3、4は、タイロッド5を両側から挟み付けるようにして固定される。これにより、エンドプレート3、4は、タイロッド5によって互いに近接する方向の移動が阻止される。即ち、エンドプレート3、4は、タイロッド5の長さL1によって規定される一定間隔に保持されて、単電池セル群2の両端にそれぞれ配置される。
The
このようにしてエンドプレート3、4がタイロッド5に固定されることで、エンドプレート3、4の最小間隔がタイロッド5の長さL1によって規制される。このため、エンドプレート3、4を固定した際に、単電池セル群2に対して過大な初期荷重が掛かることを防止できる。また、一対のエンドプレート3、4の間隔を一定間隔に容易に保持可能であるため、バッテリモジュール1の組立て作業も容易になる。このタイロッド5は、本発明における間隔保持部材に対応する。
By fixing the
タイロッド5の長さL1は、初期積層状態の単電池セル群2の積層方向の長さL2よりも大きい。具体的には、タイロッド5の長さL1は、詳細には後述するように、単電池セル21の膨張による内圧上昇によって単電池セル群2が積層方向に最も伸長したときでも、単電池セル群2が一対のエンドプレート3、4の間に収まる程度の長さに設定される。換言すれば、単電池セル群2が伸長しても、一対のエンドプレート3、4の間隔は変わらない。また、本実施形態に示す単電池セル群2は、一対のエンドプレート3、4のうちのエンドプレート4の内側面4aを基準面として、このエンドプレート4に密接して配置される。このため、タイロッド5に固定されたエンドプレート3と初期積層状態の単電池セル群2との間には、L1とL2との差分に相当する隙間S(図3参照)が存在する。
The length L1 of the
なお、単電池セル群2の初期積層状態とは、いずれも非膨張状態にある複数の単電池セル21が、セパレータを挟んでD1方向に互いに密接して積層配置されただけの状態にあることをいう。このときの単電池セル群2には、隣り合う単電池セル21、21同士が密接した積層状態を維持し得る程度の荷重以上の荷重が実質的に掛けられていない。即ち、初期積層状態の単電池セル群2には、従来のような単電池セル21を積層方向に沿って圧縮するような大きな初期荷重は掛けられていない。
Note that the initial stacking state of the
ばね部材6は、エンドプレート3と単電池セル群2との間の隙間Sに配置される。具体的には、ばね部材6は、単電池セル群2のうちのエンドプレート3側の端部に配置される単電池セル21とエンドプレート3との間に設けられる。ばね部材6は、単電池セル群2に対して、他方のエンドプレート4に向かう方向に弾性反発力を発揮するばねにより構成される。これにより、ばね部材6は、単電池セル群2に対して、単電池セル21の積層方向に沿って押圧する方向(他方のエンドプレート4に向かう方向)の荷重を付与可能である。なお、本実施形態において、他方のエンドプレート4側には、ばね部材6は配置されていない。
A
ばね部材6は、第1ばね61と、第2ばね62と、で構成される。第1ばね61と第2ばね62とは、ホルダ部材7によってエンドプレート3に保持される。
第1ばね61は、エンドプレート3の中央領域に対応する位置に配置される。エンドプレート3の中央領域は、単電池セル21の中央領域(単電池セル21のエンドプレート3に対向する面の中央領域)に対応する。一方、第2ばね62は、第1ばね61の周囲に配置される。また、第1ばね61のばね定数の方が、第2ばねのばね定数よりも大きい。従って、第1ばね61及び第2ばね62をそれぞれ弾性反発力に抗して圧縮した場合のストロークについて、第1ばね61が弾性反発して発揮する荷重の方が、第2ばね62が弾性反発して発揮する荷重よりも大きくなる(図8参照)。
The
The
具体的には、第1ばね61は、単電池セル群2に対して、単電池セル21の充放電や劣化による膨張時の内圧上昇によってエンドプレート3に作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねとすることができる。また、第2ばね62は、単電池セル群2に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねとすることができる。これにより、バッテリモジュール1は、第1ばね61及び第2ばね62のそれぞれによって単電池セル群2に対して適切な荷重を付与することができる。
Specifically, the
第1ばね61及び第2ばね62に使用される具体的なばねの種類は、単電池セル群2に対してそれぞれ必要な荷重を付与し得るものであればよく、特に限定されないが、本実施形態では、第1ばね61は、環状に形成された皿ばねにより構成され、第2ばね62は、略U字状に折り曲げ形成された板ばねにより構成されている。これらのばねは、いずれも圧縮時の寸法をコイルばね等に比べて小さくできるため、ばね部材6を全体的にコンパクトに構成できる。このため、エンドプレート3と単電池セル群2との間の隙間Sを小さくでき、それだけバッテリモジュール1の大型化を抑制することができる。
The specific types of springs used for the
なお、本実施形態において、第1ばね61は2つの皿ばねにより構成され、第2ばね62は4つの板ばねにより構成されるが、各ばねの数は単電池セル群2に付与する必要な荷重等に応じて適宜設定されるものであり、本実施形態に示す数に何ら限定されない。
In this embodiment, the
ホルダ部材7は、例えばPP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)等の樹脂により形成され、単電池セル群2の端部の単電池セル21とエンドプレート3との間に配置される。ホルダ部材7は、エンドプレート3の内側面3aに沿って接触する平板部71と、この平板部71に対して単電池セル21の方向に向けて(エンドプレート3と反対方向に向けて)突出する凹部72と、を有する。この凹部72は、ホルダ部材7の平板部71において、エンドプレート3に対向する側面から単電池セル群2に向けて繭形に凹設されている。ホルダ部材7全体は樹脂により形成されるが、少なくとも凹部72は可撓性を有する。
The
ホルダ部材7の平板部71は、エンドプレート3の内側面3aの外形形状と略同様に形成される。平板部71の四隅には、エンドプレート3の四隅に配置されるボルト挿通孔31を露出させるための切り欠き部73が設けられる。また、切り欠き部73を除く平板部71の四辺の各外周縁は、エンドプレート3に向けてそれぞれ折り曲げられるように形成されている。これにより、平板部71の四辺の各外周縁には、エンドプレート3の四辺の各外周縁に沿って嵌合可能な嵌合リブ74が設けられる。ホルダ部材7は、嵌合リブ74がエンドプレート3の外周縁に沿って嵌合することにより、エンドプレート3の内側面3aに接触して保持可能である。
The
2つの第1ばね61は、ホルダ部材7の凹部72内に、エンドプレート3の側から、バッテリモジュール1の幅方向(D2方向)に並列して収容される。ここで、エンドプレート3の内側面3aには、このホルダ部材7の凹部72に対応する中央領域に、ホルダ部材7側に向けて凹部72と同様の繭形に突出する支持凸部32を有する。このため、ホルダ部材7がエンドプレート3の内側面3aに当接した際、エンドプレート3の支持凸部32は、第1ばね61を収容した凹部72内に入り込むことにより、第1ばね61を凹部72の底壁72aとの間で挟着して保持する。このときの凹部72内の第1ばね61は、図5に示すように、全く圧縮されておらず、何ら弾性反発力を発生させていない。
The two
4つの第2ばね62は、ホルダ部材7の平板部71における単電池セル群2側の側面に取り付けられる。ホルダ部材7の平板部71には、凹部72の周囲4か所の各切り欠き部73に近接した部位に、ばね保持部75を有する。このばね保持部75は、第2ばね62の基部621を保持している。これにより、第2ばね62は、ホルダ部材7の平板部71から単電池セル群2に向けて突出して保持される。この4つの第2ばね62は、単電池セル21におけるエンドプレート3に対向する面の四隅部に対応する位置に向けて弾性反発力を作用させるようにそれぞれ配置される。
The four
ここで、第1ばね61と第2ばね62との位置関係は次のように設定されている。即ち、ホルダ部材7によってエンドプレート3に保持された第1ばね61及び第2ばね62のいずれも圧縮されていない状態(エンドプレート3が未だ単電池セル群2に当接しておらず、弾性反発力を発生させていない状態)において、第2ばね62の単電池セル群2に向けた先端部の位置は、第1ばね61よりも単電池セル群2に向けて突出した位置にある。このため、エンドプレート3を単電池セル群2に徐々に近づけていくと、第2ばね62が第1ばね61よりも先に単電池セル群2に接触して圧縮され、単電池セル群2に対して弾性反発力を作用させるようになっている。
Here, the positional relationship between the
次に、このバッテリモジュール1を構成する際の手順の一例について説明する。
まず、一対のエンドプレート3、4の間に、セパレータを挟んで複数の単電池セル2を積層した単電池セル群2を、エンドプレート4側に片寄らせて配置する。次いで、その単電池セル群2に対して、ホルダ部材7によりばね部材6(2つの第1ばね61及び4つの第2ばね62)が保持されたエンドプレート3を当接させ、ボルト51によって各エンドプレート3、4をタイロッド5に固定する。
Next, an example of the procedure for configuring the
First, between a pair of
このとき、第1ばね61よりも先に接触する第2ばね62が、僅かに圧縮されて弾性反発力を発生させ、単電池セル群2に対して所定の初期荷重を付与する。このときの初期荷重は、単電池セル21の積層状態を維持し得るだけの比較的小さな荷重であり、従来のような単電池セル群2を強く圧縮する大きな初期荷重を掛けるものではない。
At this time, the
単電池セル群2は、この第2ばね62により付与される荷重により、単電池セル21の積層状態が維持され、初期積層状態とされる。このように、第1ばね61よりもばね定数が相対的に小さい第2ばね62が、単電池セル群2に対して先に接触して単電池セル群2を支持するため、単電池セル群2に対して大きな初期荷重を掛けることなく、単電池セル群2をエンドプレート3、4間に積層配置させることができる。
The
この単電池セル群2の初期積層状態において、第1ばね61は、凹部72の底壁72aに当接していないか、または、当接しても単電池セル群2に対して実質的に荷重を付与していない。即ち、単電池セル群2の初期積層状態では、第1ばね61は、図8に示すように、荷重を付与し始めるP1位置よりも左側のストローク領域にあり、主として第2ばね62が単電池セル群2に対して荷重を付与する。従って、このとき第1ばね61が単電池セル群2に対して付与する荷重は、0又は0に近い。このため、大きな荷重の必要のない非膨張時の単電池セル群2に対して、無理な荷重が掛かることがない。
In this initial stacking state of the
また、本実施形態に示す第2ばね62は、単電池セル群2のエンドプレート3側の端部に配置される単電池セル21に対して、エンドプレート3に対向する面の四隅部にそれぞれ当接し、当該単電池セル21を介して単電池セル群2に対して荷重を付与する。単電池セル21の四隅部は、比較的強度の高い部位であるため、第2ばね62は、単電池セル群2に対して比較的強度の高い部位を押圧することができ、ばね定数の小さい第2ばね62であっても、単電池セル群2を安定して支持することができる。
Further, the
次に、充放電や劣化によって単電池セル21が膨張した場合について、図6、図7を用いて説明する。図6は、単電池セルの膨張時のバッテリモジュールを図3中のA-A線と同一の部位に沿って切断して示す断面図である。図7は、単電池セルの非膨張時のバッテリモジュールを図3中のB-B線と同一の部位に沿って切断して示す断面図である。
図6、図7に示すように、単電池セル21が膨張すると、単電池セル21の内圧上昇に伴って単電池セル群2が積層方向に沿って伸長し、図中の白抜き矢印に示すように、エンドプレート3に対して内圧上昇による荷重を作用させる。単電池セル群2に初期積層状態を維持する荷重を付与している第2ばね62は、単電池セル群2の内圧上昇による荷重を受けて次第に圧縮される。
Next, a case where the
As shown in FIGS. 6 and 7, when the
単電池セル21の膨張による単電池セル群2の伸長に伴い、第2ばね62が更に圧縮され続けると、次第に弾性限度に近づいていく。しかし、第1ばね61は、第2ばね62が弾性限度に至る前に単電池セル群2に当接し、単電池セル群2に押圧されて圧縮されるように配置される。即ち、ホルダ部材7の凹部72の底壁72aに当接した単電池セル群2は、更なる伸張に伴って、凹部72を撓ませながら、凹部72内に収容される第1ばね61をエンドプレート3に向けて圧縮していく。これにより、第1ばね61は、第2ばね62が弾性限度に至る前に、単電池セル群2に圧縮されて弾性反発力を発生させ、第2ばね62によって単電池セル群2に付与される荷重を途切れさせることなく、単電池セル群2に対して荷重を付与し始める(図8におけるP1位置)。
As the
単電池セル群2が更に伸長すると、やがて、第2ばね62が単電池セル群2に対して付与する荷重よりも、第1ばね61が単電池セル群2に対して付与する荷重の方が上回る(図8におけるP2位置)。図8に示すように、第1ばね61が圧縮した際のストロークに対する荷重(弾性反発力)は、第2ばね62が圧縮した際のストロークに対する荷重(弾性反発力)よりも大きいため、第1ばね61が単電池セル群2に対して付与可能な荷重は、第2ばね62が単電池セル群2に対して付与可能な荷重よりも大きい。この第1ばね61は、単電池セル21の膨張時の内圧上昇によってエンドプレート3に作用する荷重に対抗し得る荷重を付与可能である。このため、第1ばね61が単電池セル群2に対して付与する荷重が、第2ばね62が単電池セル群2に対して付与する荷重を上回った後(図8におけるP2位置よりも右側のストローク領域)は、専ら第1ばね61が、単電池セル群2に対して荷重を付与することで、単電池セル21の内圧上昇による大きな荷重を受け止め、その荷重に対抗する荷重を単電池セル群2に対して付与する。
When the single
このときの第1ばね61は、単電池セル21の内圧上昇による大きな荷重を従来のように吸収するのではなく、その荷重に対抗する荷重を単電池セル群2に対して付与することより、単電池セル群2の伸長を押さえ込むものである。このため、ばね部材6は、相対的にばね定数の異なる第1ばね61及び第2ばね62がそれぞれ単電池セル群2に対して荷重を付与することによって、比較的小さな初期荷重から内圧上昇後の比較的大きな荷重に亘る荷重変動を受け切ることができる。また、単電池セル群2が最大限に伸長しても、単電池セル群2は、一対のエンドプレート3、4の間隔に収まったままであり、エンドプレート3、4の間隔は、タイロッド5の長さL1のまま維持される。
At this time, the
このバッテリモジュール1によれば、一対のエンドプレート3、4の間で、初期荷重から単電池セル21の内圧上昇による荷重に亘ってエンドプレート3に掛かる荷重変動に容易に対応可能である。単電池セル群2には、大きく圧縮する初期荷重が掛けられないため、単電池セル群2に対して初期荷重を掛けるための積層設備及び積層工程は不要であり、単電池セル21の積層数も増加させることができる。
According to this
また、バッテリモジュール1は、エンドプレート3、4の固定点に撓み構造や滑り構造等の別途の構造を付加する必要もなく、単電池セル群2を保持可能な最低限の強度を有すればよいため、簡素な構造とすることができる。
In addition, the
更に、本実施形態に示す相対的にばね定数の大きい第1ばね61は、ホルダ部材7の凹部72内に収容され、凹部72の底壁72aを介して単電池セル群2に荷重を付与するため、単電池セル21とは直に接触しない。従って、第1ばね61による荷重によって単電池セル21が損傷するおそれを回避できる。
Furthermore, the
なお、本実施形態では、一対のエンドプレート3、4のうちの一方のエンドプレート3側のみにばね部材6を配置させたが、エンドプレート3、4の両方に、上記同様のばね部材6を配置させてもよい。但し、本実施形態に示すように一方のエンドプレート3側のみにばね部材6を配置させた場合は、ばね部材を持たない他方のエンドプレート4の内側面4aを、単電池セル群2を支持する際の基準面とすることができる。このため、単電池セル群2をより安定して支持する観点からは、一対のエンドプレート3、4のうちのいずれか一方のみにばね部材6を配置させることが望ましい。
In this embodiment, the
1 バッテリモジュール
2 単電池セル群
21 単電池セル
3、4 エンドプレート
3a (エンドプレートの)内側面
6 ばね部材
61 第1ばね
62 第2ばね
5 タイロッド(間隔保持部材)
7 ホルダ部材
71 平板部
72 凹部
REFERENCE SIGNS
7
Claims (6)
前記単電池セル群の積層方向の両端にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
前記単電池セル群と前記一対のエンドプレートのうちの少なくともいずれか一方との間に設けられ、前記単電池セル群に対して押圧する方向の荷重を付与可能なばね部材と、を備え、
前記ばね部材は、前記単電池セルの中央領域に対応する位置に配置される第1ばねと、前記第1ばねの周囲に配置される第2ばねと、を含み、
前記第1ばねは、前記単電池セル群に対して、前記単電池セルの膨張時の内圧上昇によって前記エンドプレートに作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねであり、
前記第2ばねは、前記単電池セル群に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねであり、
前記第1ばねのばね定数は、前記第2ばねのばね定数よりも大きく、
前記単電池セルの非膨張状態において、前記第2ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重は、前記第1ばねが前記単電池セル群に対して付与する荷重よりも大きい、バッテリモジュール。 A unit cell group composed of a plurality of stacked unit cells;
a pair of end plates respectively arranged at both ends in the stacking direction of the unit cell group;
A spring member provided between the unit cell group and at least one of the pair of end plates and capable of applying a load in a direction to press the unit cell group,
The spring member includes a first spring arranged at a position corresponding to a central region of the unit cell and a second spring arranged around the first spring,
The first spring is a spring capable of applying a load to the unit cell group against a load acting on the end plate due to an increase in internal pressure during expansion of the unit cell,
The second spring is a spring capable of applying a load corresponding to a load required to maintain the initial stacked state to the unit cell group,
the spring constant of the first spring is greater than the spring constant of the second spring;
The battery module, wherein a load applied to the unit cell group by the second spring is larger than a load applied to the unit cell group by the first spring in a non-expanded state of the unit cells. .
前記単電池セル群の積層方向の両端にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
前記単電池セル群と前記一対のエンドプレートのうちの少なくともいずれか一方との間に設けられ、前記単電池セル群に対して押圧する方向の荷重を付与可能なばね部材と、を備え、
前記ばね部材は、前記単電池セルの中央領域に対応する位置に配置される第1ばねと、前記第1ばねの周囲に配置される第2ばねと、を含み、
前記第1ばねは、前記単電池セル群に対して、前記単電池セルの膨張時の内圧上昇によって前記エンドプレートに作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねであり、
前記第2ばねは、前記単電池セル群に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねであり、
前記第1ばねのばね定数は、前記第2ばねのばね定数よりも大きく、
前記ばね部材が設けられる前記エンドプレートと前記単電池セル群との間に配置され、前記ばね部材を保持するホルダ部材を備え、
前記ホルダ部材は、前記エンドプレートの内側面に沿って接触し、前記単電池セル群との間で前記第2ばねを保持する平板部と、前記平板部に対して前記単電池セル群に向けて突出するように設けられ、前記エンドプレートとの間で前記第1ばねを収容して保持する可撓性を有する凹部と、を有する、バッテリモジュール。 A unit cell group composed of a plurality of stacked unit cells;
a pair of end plates respectively arranged at both ends in the stacking direction of the unit cell group;
A spring member provided between the unit cell group and at least one of the pair of end plates and capable of applying a load in a direction to press the unit cell group,
The spring member includes a first spring arranged at a position corresponding to a central region of the unit cell and a second spring arranged around the first spring,
The first spring is a spring capable of applying a load to the unit cell group against a load acting on the end plate due to an increase in internal pressure during expansion of the unit cell,
The second spring is a spring capable of applying a load corresponding to a load required to maintain the initial stacked state to the unit cell group,
the spring constant of the first spring is greater than the spring constant of the second spring;
A holder member disposed between the end plate on which the spring member is provided and the unit cell group and holding the spring member,
The holder member includes a flat plate portion that contacts along the inner surface of the end plate and holds the second spring between the single battery cell group and a flat plate portion that faces the single battery cell group. a flexible recess that is provided to project from the end plate and that accommodates and holds the first spring between the end plate and the battery module.
前記単電池セル群の積層方向の両端にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
前記単電池セル群と前記一対のエンドプレートのうちの少なくともいずれか一方との間に設けられ、前記単電池セル群に対して押圧する方向の荷重を付与可能なばね部材と、を備え、
前記ばね部材は、前記単電池セルの中央領域に対応する位置に配置される第1ばねと、前記第1ばねの周囲に配置される第2ばねと、を含み、
前記第1ばねは、前記単電池セル群に対して、前記単電池セルの膨張時の内圧上昇によって前記エンドプレートに作用する荷重に対抗する荷重を付与可能なばねであり、
前記第2ばねは、前記単電池セル群に対して、初期積層状態の維持に必要な荷重に対応する荷重を付与可能なばねであり、
前記第1ばねのばね定数は、前記第2ばねのばね定数よりも大きく、
前記第1ばねは、皿ばねにより構成され、
前記第2ばねは、板ばねにより構成される、バッテリモジュール。 A unit cell group composed of a plurality of stacked unit cells;
a pair of end plates respectively arranged at both ends in the stacking direction of the unit cell group;
A spring member provided between the unit cell group and at least one of the pair of end plates and capable of applying a load in a direction to press the unit cell group,
The spring member includes a first spring arranged at a position corresponding to a central region of the unit cell and a second spring arranged around the first spring,
The first spring is a spring capable of applying a load to the unit cell group against a load acting on the end plate due to an increase in internal pressure during expansion of the unit cell,
The second spring is a spring capable of applying a load corresponding to a load required to maintain the initial stacked state to the unit cell group,
the spring constant of the first spring is greater than the spring constant of the second spring;
The first spring is composed of a disk spring,
The battery module, wherein the second spring is a leaf spring.
前記ホルダ部材は、前記エンドプレートの内側面に沿って接触し、前記単電池セル群との間で前記第2ばねを保持する平板部と、前記平板部に対して前記単電池セル群に向けて突出するように設けられ、前記エンドプレートとの間で前記第1ばねを収容して保持する可撓性を有する凹部と、を有する、請求項1又は3に記載のバッテリモジュール。 A holder member disposed between the end plate on which the spring member is provided and the unit cell group and holding the spring member,
The holder member includes a flat plate portion that contacts along the inner surface of the end plate and holds the second spring between the single battery cell group and a flat plate portion that faces the single battery cell group. 4. The battery module according to claim 1, further comprising a flexible concave portion which is provided so as to protrude from the end plate and which accommodates and holds the first spring between the end plate and the concave portion.
前記第2ばねは、板ばねにより構成される、請求項1又は2に記載のバッテリモジュール。 The first spring is composed of a disk spring,
3. The battery module according to claim 1, wherein said second spring is a leaf spring.
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