JP2022046256A - 蓄電モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、複数の蓄電池が積層された蓄電池群と、蓄電池群の積層方向両端に設けられたエンドプレートと、エンドプレート同士を連結する連結バンドと、を備えた構造が開示されている。
例えば、特許文献2には、複数のセルを積層して構成されたセル積層体と、セル積層体の前面及び後面に配置されたエンドプレートと、セル積層体の左面及び右面に配置されたサイドプレートと、を備えた構造が開示されている。
(1)前記回転中心は、前記第一板の板厚中心(例えば、実施形態における板厚中心10c)と前記第二板の板厚中心(例えば、実施形態における板厚中心20c)とが互いに重なる位置に配置されている。
(2)前記回転中心は、前記一対の第一板が対向する方向に沿う第一方向(例えば、実施形態における第一方向V1)から見て前記第二板の板厚中心と前記第二板の内面(例えば、実施形態における内面20a)との間に配置され、かつ、前記第一方向と直交する第二方向(例えば、実施形態における第二方向V2)から見て前記第一板の板厚中心と前記第一板の外面(例えば、実施形態における外面10b)との間に配置されている。
(3)前記回転中心は、前記第一方向から見て前記第二板の板厚中心と前記第二板の外面(例えば、実施形態における外面20b)との間に配置され、かつ、前記第二方向から見て前記第一板の板厚中心と前記第一板の内面(例えば、実施形態における内面10a)との間に配置されている。
(1)回転中心は、第一板の板厚中心と第二板の板厚中心とが互いに重なる位置に配置されている。
(2)回転中心は、一対の第一板が対向する方向に沿う第一方向から見て第二板の板厚中心と第二板の内面との間に配置され、かつ、第一方向と直交する第二方向から見て第一板の板厚中心と第一板の外面との間に配置されている。
(3)回転中心は、第一方向から見て第二板の板厚中心と第二板の外面との間に配置され、かつ、第二方向から見て第一板の板厚中心と第一板の内面との間に配置されている。
この態様によれば、蓄電セルの第一方向外側への膨張により収納体が変形しても、収納体の第二方向への変形が抑制される部位に回転中心が設定されている。そのため、第一板が第一方向外側へ大きく撓んでも連結部材が力を吸収する。これにより、第二板に力は伝わりにくいため、第二板は撓みにくい。したがって、蓄電セルの膨張による収納体の変形を抑制することができる。
回転中心が第一方向から見て第二板の板厚中心よりも外側に配置され、かつ、第二方向から見て第一板の板厚中心と重なる位置に配置された場合と比較して、第二板に力は伝わりにくいため、第二板は撓みにくい。したがって、蓄電セルの膨張による収納体の変形をより効果的に抑制することができる。
回転中心が第一方向から見て第二板の板厚中心よりも内側に配置された場合と比較して、第二板に力は伝わりにくいため、第二板は撓みにくい。したがって、蓄電セルの膨張による収納体の変形をより効果的に抑制することができる。
連結軸の軸回りに第一板及び第二板を回転させるとともに連結軸自体が回転することができるため、蓄電セルの膨張時に連結軸を含む第一板及び第二板の連結部分が壊れることを抑制することができる。
連結部材の加工が容易である。
架設部材によって蓄電セルをより安定して保持することができる。
第二板においてフランジが設けられた部分の周囲は、フランジによって剛性が高くなっているため、蓄電セルの膨張による第二板の変形をより効果的に抑制することができる。
架設部材及びフランジ板によって第二板の変形を抑制する相乗効果が得られるため、第二板の変形をより一層効果的に抑制することができる。
肉抜き部により蓄電モジュールを軽量化することができる。加えて、連結部材の回転中心の配置及び肉抜き部によって蓄電セルの膨張により生じる力を吸収する相乗効果が得られるため、蓄電セルの膨張による収納体の変形をより効果的に抑制することができる。
肉抜き部を流れる冷媒により蓄電セルを効率よく冷却することができる。これにより、蓄電セルの温度上昇に伴う蓄電セルの膨張を抑制することができる。
蓄電セルが積層方向に膨張することにより収納体が変形しても、収納体の第二方向への変形が抑制される部位に回転中心が設定されているため、蓄電セルの膨張による収納体の変形を抑制することができる。
図1に示すように、蓄電モジュール1は、直方体状を有する。例えば、蓄電モジュール1は、高さ方向を重力方向に沿わせて配置されている。蓄電モジュール1は、収納体2と、蓄電セル3と、連結部材4と、フランジ5と、架設部材6(図2参照)と、を備える。
収納体2は、角筒状を有する。収納体2は、対向配置された矩形状の一対の第一板10と、一対の第一板10に隣接して対向配置された矩形状の一対の第二板20と、を備える。収納体2は、一対の第一板10及び一対の第二板20によって囲まれた内部空間2a(図2参照)を有する。
例えば、第一板10は、アルミニウム合金等の金属により形成されている。第一板10は、第三方向V3に長手を有し且つ第一方向V1に厚みを有する矩形板状の第一本体11と、第一本体11の第二方向V2の外端から突出する第一係合部12と、を備える。第一本体11及び第一係合部12は、同一の部材で一体に形成されている。
例えば、第二板20は、アルミニウム合金等の金属により形成されている。例えば、第一板10及び第二板20は、互いに同じ金属により形成されている。第二板20は、第三方向V3に長手を有し且つ第二方向V2に厚みを有する矩形板状の第二本体21と、第二本体21の第一方向V1の外端から突出する第二係合部22と、を備える。第二本体21及び第二係合部22は、同一の部材で一体に形成されている。
蓄電セル3は、収納体2の内部空間2a(図2参照)に配置されている。蓄電セル3は、一対の第一板10の間に複数積層して配置されている。複数の蓄電セル3の積層方向は、第一方向V1(重力方向)に沿う方向に相当する。本実施形態では、12個の蓄電セル3が第一方向V1に積層されている。
連結部材4は、一対の第一板10及び一対の第二板20のそれぞれを回転自在に連結している。図5に示すように、連結部材4は、第二板20の第二本体21の板厚内に配置された回転中心Cpを有する。連結部材4は、回転中心Cpを軸心とする連結軸である。例えば、連結部材4は、鋼等の金属により形成されている。
(1)回転中心Cpは、第一板10の板厚中心10cと第二板20の板厚中心20cとが互いに重なる位置に配置されている。
(2)回転中心Cpは、一対の第一板10が対向する方向に沿う第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと第二板20の内面20aとの間に配置され、かつ、第一方向V1と直交する第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cと第一板10の外面10bとの間に配置されている。
(3)回転中心Cpは、第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと第二板20の外面20bとの間に配置され、かつ、第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cと第一板10の内面10aとの間に配置されている。
第二板20の板厚中心20cは、第二板20の第二本体21の板厚中心を意味する。
第一板10の板厚中心10cと第二板20の板厚中心20cとが互いに重なる位置は、第一板10の板厚中心10cの延長線と第二板20の板厚中心20cの延長線とが交差する位置を意味する。
第二板20の内面20aは、第二板20の第二本体21の第二方向V2内側面(内部空間2aの側の面)を意味する。
第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと第二板20の内面20aとの間は、第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと重なる位置及び第二板20の内面20aと重なる位置のそれぞれを含み、かつ、第二板20の板厚中心20cの延長線と第二板20の内面20aの延長線との間を意味する。
第一板10の外面10bは、第一板10の第一本体11の第一方向V1外側面(内部空間2aとは反対側の面)を意味する。
第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cと第一板10の外面10bとの間は、第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cと重なる位置及び第一板10の外面10bと重なる位置のそれぞれを含み、かつ、第一板10の板厚中心10cの延長線と第一板10の外面10bの延長線との間を意味する。
第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと第二板20の外面20bとの間は、第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと重なる位置及び第二板20の外面20bと重なる位置のそれぞれを含み、かつ、第二板20の板厚中心20cの延長線と第二板20の外面20bの延長線との間を意味する。
第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cよりも内側は、第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cよりも第一方向V1内側(内部空間2aの側)を意味する。
第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cよりも外側は、第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cよりも第一方向V1外側(内部空間2aとは反対側)を意味する。
フランジ5は、蓄電モジュール1の設置部位(不図示)に固定される部分である。図中符号5aは、フランジ5を蓄電モジュール1の設置部位に固定するための取付部を示す。図1に示すように、フランジ5は、第二板20の第二本体21の外面から外側に張り出して設けられている。フランジ5は、一対の第二板20のそれぞれに設けられている。フランジ5は、第二板20の第二本体21の外面から第二方向V2外側に延びる板状を有する。フランジ5は、第二本体21の第三方向V3の全体にわたって延びている。フランジ5は、一対の第二板20に1つずつ合計2つ設けられている。
ところで、蓄電セル3は中心部ほど大きく膨張するため、蓄電セル3の膨張に伴う第二板20の変形は中心部ほど大きくなりやすい。よって、取付部5aがフランジ5の第三方向V3の端部近傍に設けられている場合、取付部5aがフランジ5の第三方向V3の中央に設けられている場合と比較して、第二板20の変形による蓄電モジュール1の設置部位と取付部5aとの位置ずれは小さくなる。したがって、取付部5aがフランジ5の第三方向V3の端部近傍に設けられていることは、蓄電モジュール1の設置部位と取付部5aとの位置ずれに起因する不都合が生じにくいため好ましい。
図2に示すように、架設部材6は、一対の第二板20をつなぐとともに内部空間2aを隔てている。架設部材6は、矩形のシート状に形成されている。架設部材6は、内部空間2aの第三方向V3の長さよりも僅かに大きく、かつ、内部空間2aの第二方向V2の幅よりも僅かに大きい。架設部材6の第二方向V2の両端は、一対の第二板20の内面20aにそれぞれ接している。
例えば、蓄電モジュール1は、電源回路制御装置の一種であるIPU(Intelligent Power Unit)の内部へ配置される。図4の例では、4つの蓄電モジュール1A~1D(第一蓄電モジュール1A、第二蓄電モジュール1B、第三蓄電モジュール1C及び第四蓄電モジュール1D)がIPUのケース30内に配置されている。各蓄電モジュール1A~1Dは、端子側(蓄電セルの正極端子3a及び負極端子3b)を図4の紙面上側(例えば鉛直方向に沿う上側)に向けるとともに、配管側(入口配管16及び出口配管17)を図4の紙面下側(例えば鉛直方向に沿う下側)に向けて配置されている。
図6に示すように、収納体2内に配置された蓄電セル(不図示)が充放電により膨張すると、第一板10の内面10aが外側(図6の紙面上側)に向かって押され、第一板10が凸状に変形する。仮に、第一板10及び第二板20が回転不能に連結(回転拘束)されている場合、第一板10の凸状の変形により、第二板20には第一板10及び第二板20の連結部付近を中心とし、第二板20を内側に向かって変形させようとする偶力が働く。なお、図中符号Fpは、フランジ5の固定点を示す。
以上説明したように、上記実施形態の蓄電モジュール1は、対向配置された矩形状の一対の第一板10と、一対の第一板10に隣接して対向配置された矩形状の一対の第二板20と、を含み、一対の第一板10及び一対の第二板20によって囲まれた内部空間2aを有する収納体2と、内部空間2aに配置された蓄電セル3と、一対の第一板10及び一対の第二板20のそれぞれを回転自在に連結する連結部材4と、を備え、連結部材4は、第二板20の板厚内に配置された回転中心Cpを有し、回転中心Cpは、下記の(1)から(3)のいずれかを満たす。
(1)回転中心Cpは、第一板10の板厚中心10cと第二板20の板厚中心20cとが互いに重なる位置に配置されている。
(2)回転中心Cpは、一対の第一板10が対向する方向に沿う第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと第二板20の内面20aとの間に配置され、かつ、第一方向V1と直交する第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cと第一板10の外面10bとの間に配置されている。
(3)回転中心Cpは、第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cと第二板20の外面20bとの間に配置され、かつ、第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cと第一板10の内面10aとの間に配置されている。
この態様によれば、蓄電セル3の第一方向V1外側への膨張により収納体2が変形しても、収納体2の第二方向V2への変形が抑制される部位に回転中心Cpが設定されている。そのため、第一板10が第一方向V1外側へ大きく撓んでも連結部材4が力を吸収する。これにより、第二板20に力は伝わりにくいため、第二板20は撓みにくい。したがって、蓄電セル3の膨張による収納体2の変形を抑制することができる。
この場合、回転中心Cpが第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cよりも外側に配置され、かつ、第二方向V2から見て第一板10の板厚中心10cと重なる位置に配置された場合と比較して、第二板20に力は伝わりにくいため、第二板20は撓みにくい。したがって、蓄電セル3の膨張による収納体2の変形をより効果的に抑制することができる。
この場合、回転中心Cpが第一方向V1から見て第二板20の板厚中心20cよりも内側に配置された場合と比較して、第二板20に力は伝わりにくいため、第二板20は撓みにくい。したがって、蓄電セル3の膨張による収納体2の変形をより効果的に抑制することができる。
連結軸の軸回りに第一板10及び第二板20を回転させるとともに連結軸自体が回転することができるため、蓄電セル3の膨張時に連結軸を含む第一板10及び第二板20の連結部分が壊れることを抑制することができる。
連結部材4の加工が容易である。
架設部材6によって蓄電セル3をより安定して保持することができる。
第二板20においてフランジ5が設けられた部分の周囲は、フランジ5によって剛性が高くなっているため、蓄電セル3の膨張による第二板20の変形をより効果的に抑制することができる。
この場合、架設部材6及びフランジ5板によって第二板20の変形を抑制する相乗効果が得られるため、第二板20の変形をより一層効果的に抑制することができる。
肉抜き部13により蓄電モジュール1を軽量化することができる。加えて、連結部材4の回転中心Cpの配置及び肉抜き部13によって蓄電セル3の膨張により生じる力を吸収する相乗効果が得られるため、蓄電セル3の膨張による収納体2の変形をより効果的に抑制することができる。
肉抜き部13を流れる冷媒により蓄電セル3を効率よく冷却することができる。これにより、蓄電セル3の温度上昇に伴う蓄電セル3の膨張を抑制することができる。
蓄電セル3が積層方向に膨張することにより収納体2が変形しても、収納体2の第二方向V2への変形が抑制される部位に回転中心Cpが設定されているため、蓄電セル3の膨張による収納体2の変形を抑制することができる。
上述した実施形態では、車両が電気自動車である例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、車両は、エンジンを有するハイブリッド自動車であってもよい。例えば、蓄電モジュール1は、車両以外の装置又はシステムに適用してもよい。
実施例は、収納体2、連結部材4及びフランジ5を備えたものを用いた(図7参照)。図7に示すように、収納体2は、対向配置された矩形状の一対の第一板10と、一対の第一板10に隣接して対向配置された矩形状の一対の第二板20と、を含み、一対の第一板10及び一対の第二板20によって囲まれた内部空間2aを有するものとした。収納体2の第三方向V3の寸法は、300mmとした。図8に示すように、連結部材4は、一対の第一板10及び一対の第二板20のそれぞれを回転自在に連結するものであって、第二板20の板厚内に配置された回転中心Cpを有し、かつ、回転中心Cpを軸心とする連結軸とした。フランジ5は、一対の第二板20のそれぞれの外面から外側に張り出して設けられた板状のものとした。第一板10は、アルミニウム合金製の板厚3.0mmのプレートとした。第二板20は、アルミニウム合金製の板厚1.5mmのプレートとした。連結部材4は、鋼製の外径4.0mmの軸とした。
比較例は、実施例に対して連結部材4を有しないものであって、一対の第一板10及び一対の第二板20のそれぞれを回転不能に連結(回転拘束)したものを用いた(不図示)。
実施例及び比較例のそれぞれにおいて、蓄電セルの膨張による固定点の第二方向への移動量をFEM(Finite Element Method)により解析した。解析領域(図7のハッチング領域)は、実施例の1/8分割モデルとした。図8に示すように、解析領域の第一方向V1の寸法L1は、125mmとした。解析領域の第二方向V2の寸法L2は、125mmとした。蓄電セルの膨張を仮定して、解析領域の第一板10の内面に対し外側に向けて図8の矢印方向に荷重を入力した。解析領域の第一板10の内面に対する入力荷重は、600Nとした。固定点Fpは、解析領域のフランジ5の第二方向V2の中央位置とした。固定点Fpの第二方向V2への移動量は、解析領域の第二板20が無荷重状態から撓んだときの第二方向V2への最大の振れ幅とした。
(1)回転中心は、第一板の板厚中心と第二板の板厚中心とが互いに重なる位置に配置されている(図9の位置A5)。
(2)回転中心は、一対の第一板が対向する方向に沿う第一方向から見て第二板の板厚中心と第二板の内面との間に配置され、かつ、第一方向と直交する第二方向から見て第一板の板厚中心と第一板の外面との間に配置されている(図9の位置A1、A2、A4及びA5)。
(3)回転中心は、第一方向から見て第二板の板厚中心と第二板の外面との間に配置され、かつ、第二方向から見て第一板の板厚中心と第一板の内面との間に配置されている(図9の位置A5、A6、A8及びA9)。
以上により、実施例では、蓄電セルの膨張による収納体の変形を抑制することができることが分かった。
1A…第一蓄電モジュール(蓄電モジュール)
1B…第二蓄電モジュール(蓄電モジュール)
1C…第三蓄電モジュール(蓄電モジュール)
1D…第四蓄電モジュール(蓄電モジュール)
2…収納体
2a…内部空間
3…蓄電セル
4…連結部材
5…フランジ
6…架設部材
10…第一板
10a…第一板の内面
10b…第一板の外面
10c…第一板の板厚中心
13…肉抜き部
14…冷媒流路
20…第二板
20a…第二板の内面
20b…第二板の外面
20c…第二板の板厚中心
Cp…回転中心
V1…第一方向
V2…第二方向
Claims (11)
- 対向配置された矩形状の一対の第一板と、前記一対の第一板に隣接して対向配置された矩形状の一対の第二板と、を含み、前記一対の第一板及び前記一対の第二板によって囲まれた内部空間を有する収納体と、
前記内部空間に配置された蓄電セルと、
前記一対の第一板及び前記一対の第二板のそれぞれを回転自在に連結する連結部材と、を備え、
前記連結部材は、前記第二板の板厚内に配置された回転中心を有し、
前記回転中心は、下記の(1)から(3)のいずれかを満たすことを特徴とする蓄電モジュール。
(1)前記回転中心は、前記第一板の板厚中心と前記第二板の板厚中心とが互いに重なる位置に配置されている。
(2)前記回転中心は、前記一対の第一板が対向する方向に沿う第一方向から見て前記第二板の板厚中心と前記第二板の内面との間に配置され、かつ、前記第一方向と直交する第二方向から見て前記第一板の板厚中心と前記第一板の外面との間に配置されている。
(3)前記回転中心は、前記第一方向から見て前記第二板の板厚中心と前記第二板の外面との間に配置され、かつ、前記第二方向から見て前記第一板の板厚中心と前記第一板の内面との間に配置されている。 - 前記回転中心が上記の(3)を満たす場合、
前記回転中心は、前記第一方向から見て前記第二板の板厚中心と前記第二板の外面との間に配置され、かつ、前記第二方向から見て前記第一板の板厚中心よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の蓄電モジュール。 - 前記回転中心が上記の(2)を満たす場合、
前記回転中心は、前記第一方向から見て前記第二板の板厚中心と重なる位置に配置され、かつ、前記第二方向から見て前記第一板の板厚中心よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の蓄電モジュール。 - 前記連結部材は、前記回転中心を軸心とする連結軸であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
- 前記連結部材は、金属により形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
- 前記一対の第二板をつなぐとともに前記内部空間を隔てる架設部材を更に備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
- 前記一対の第二板の少なくとも一方の外面から外側に張り出して設けられた板状のフランジを更に備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
- 前記一対の第二板をつなぐとともに前記内部空間を隔てる架設部材を更に備え、
前記フランジは、前記第一方向において前記第一板よりも前記架設部材の近くに配置されていることを特徴とする請求項7に記載の蓄電モジュール。 - 前記一対の第一板の少なくとも一方は、前記第一板の板厚内に肉抜き部を有することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
- 前記肉抜き部は、冷媒が流される冷媒流路を兼ねることを特徴とする請求項9に記載の蓄電モジュール。
- 前記蓄電セルは、前記一対の第一板の間に複数積層して配置されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の蓄電モジュール。
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