JP7124284B2 - 電池パック及び車両用電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、複数の電池セル及び複数の電池セルを挟持する一対のエンドプレートを有する電池モジュールと、電池モジュールを挟持する一括エンドプレートとを備えた電池パック及び車両用電池パックに関する。
従来、複数の電池セル及び複数の電池セルを挟持する一対のエンドプレートを有する複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールを挟持する一括エンドプレートとを備えた電池パックとして、例えば以下に示す特許文献1に開示されている組み電池がある。
この組み電池は、複数の電池及び複数の電池を収容するモジュールケースを有する複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールを収容する組み電池ケースとを備えている。電池モジュールを構成する複数の電池は、上下方向に整列して配置され、アッパーケースとロワケースとを備えたモジュールケース内に収容されている。電池パックを構成する複数の電池モジュールは、上下方向に整列して配置され、アッパーケースとロワケースとを備えた組み電池ケース内に収容されている。組み電池ケースのアッパーケースは、複数の電池に荷重を加えた状態で組み電池ケースのロワケースに固定されている。その結果、電池モジュールを構成する複数の電池は、モジュールケースのアッパーケースとロワケースによって挟持される。また、組み電池を構成する複数の電池モジュールは、組み電池ケースのアッパーケースとロワケースによって挟持される。電池が電池セルに相当する。モジュールケースのアッパーケース及びロワケースが、一対のエンドプレートに相当する。組み電池ケースのアッパーケース及びロワケースが、一対の一括エンドプレートに相当する。
特開2013-145649号公報
前述したように、電池モジュールを構成する複数の電池は、モジュールケースのアッパーケースとロワケースによって挟持されている。組み電池を構成する複数の電池モジュールは、組み電池ケースのアッパーケースとロワケースによって挟持されている。電池は、劣化に伴って膨らみ、寸法が大きくなる。そのため、モジュールケースと組み電池ケースの双方に、劣化に伴って電池が膨張しても電池を挟持するのに充分な同一の強度を持たせることが考えられる。しかし、モジュールケースと組み電池ケースの双方を、同一の強度を有する構造にすると、組み電池が大型化してしまう。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、劣化に伴って電池セルが膨張しても対応できる充分な強度を確保しつつ、小型化することができる電池パック及び車両用電池パックを提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた第1の発明は、所定方向に整列して配置される複数の電池セルと、整列して配置された複数の電池セルの所定方向の両端に当接するように配置され、複数の電池セルを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレートとを備えた複数の電池モジュールと、所定方向に整列して配置された複数の電池モジュールの所定方向の両端のエンドプレートに当接するように配置され、複数の電池モジュールを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレートと、を備えた電池パックであって、一対の一括エンドプレートは、所定方向の強度が、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで電池セルが劣化した所定状態において電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、一対のエンドプレートは、所定方向の強度が一対の一括エンドプレートより低く、一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形せず、かつ、前記電池セルが劣化した前記所定状態においても一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度であり、一対の一括エンドプレートの所定方向の強度は、少なくとも、電池セルが劣化していない初期状態において、電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の一括エンドプレートの所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度の2倍の強度である。
上記課題を解決するためになされた第2の発明は、所定方向に整列して配置される複数の電池セルと、整列して配置された複数の電池セルの所定方向の両端に当接するように配置され、複数の電池セルを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレートとを備えた複数の電池モジュールと、所定方向に整列して配置された複数の電池モジュールの所定方向の両端のエンドプレートに当接するように配置され、複数の電池モジュールを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレートと、を備えた電池パックであって、一対の一括エンドプレートの所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで電池セルが劣化した所定状態において電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、一対のエンドプレートの所定方向の強度は、一対の一括エンドプレートより低く、一対のエンドプレート及び一対の一括エンドプレートは、同一材質からなる板状であり、所定方向の寸法を調整することによって強度が調整されている。
上記課題を解決するためになされた第3の発明は、所定方向に整列して配置される複数の電池セルと、整列して配置された複数の電池セルの所定方向の両端に当接するように配置され、複数の電池セルを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレートとを備えた複数の電池モジュールと、所定方向に整列して配置された複数の電池モジュールの所定方向の両端のエンドプレートに当接するように配置され、複数の電池モジュールを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレートと、を備えた電池パックであって、一対の一括エンドプレートは、所定方向の強度が、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで電池セルが劣化した所定状態において電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、一対のエンドプレートは、所定方向の強度が一対の一括エンドプレートより低く、一対のエンドプレート及び一対の一括エンドプレートは、所定方向の寸法が同一である板状であり、材質を調整することによって強度が調整されている。
上記課題を解決するためになされた第4の発明は、所定方向に整列して配置される複数の電池セルと、整列して配置された複数の電池セルの前記所定方向の両端に当接するように配置され、複数の電池セルを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレートとを備えた1つ以上の電池モジュールと、電池モジュールが1つの場合には、電池モジュールの所定方向の両端のエンドプレートに当接するように配置され、電池モジュールを挟持して所定方向の寸法を一定に保ち、電池モジュールが複数の場合には、所定方向に整列して配置された複数の電池モジュールの所定方向の両端のエンドプレートに当接するように配置され、複数の電池モジュールを挟持して所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレートと、を備えた車両に搭載される車両用電池パックであって、一対の一括エンドプレートの少なくとも一方は、車両フレームであり、一対の一括エンドプレートの所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで電池セルが劣化した所定状態において電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、一対のエンドプレートの所定方向の強度は、一対の一括エンドプレートより低く、一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形せず、かつ、前記電池セルが劣化した前記所定状態においても一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度であり、一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度の2倍の強度である。
この構成によれば、電池セルが劣化した所定状態になり膨張しても、一対の一括エンドプレートによって電池セルを挟持することができる。つまり、一対の一括エンドプレートによって、複数の電池モジュールを構成する全ての電池セルを挟持することができる。そのため、エンドプレートの強度を一括エンドプレートの強度より低くしても問題ない。従って、一括エンドプレートよりも数が多いエンドプレートを小さくすることができる。これにより、劣化に伴って電池セルが膨張しても対応できる充分な強度を確保しつつ、電池パックを小型化することができる。
第1実施形態における電池パックの斜視図である。 図1に示す電池モジュールの拘束部材、バスバー、配線部材がない状態における斜視図である。 図1に示す電池モジュールの拘束部材がない状態における斜視図である。 図1に示す電池モジュールの正面図である。 図1に示す電池モジュールの側面図である。 図1に示す電池モジュールの上面図である。 第1実施形態における電池パックの正面図である。 第1実施形態における電池パックの側面図である。 第1実施形態における電池パックの上面図である。 電池セルの容量劣化率と電池セルの挟持に必要な荷重の関係を示すグラフである。 第1実施形態の第1の変形形態における電池パックの側面図である。 第1実施形態の第2の変形形態における電池パックの上面図である。 第1実施形態の第3の変形形態における電池モジュールの上面図である。 第1実施形態の第4の変形形態における電池パックの斜視図である。 第2実施形態における車両に搭載された状態の車両フレーム及び電池パックの上面図である。 第2実施形態における電池パックの側面図である。 第2実施形態の変形形態における車両に搭載された状態の車両フレーム及び電池パックの上面図である。 第2実施形態の変形形態における電池パックの側面図である。 第3実施形態における車両に搭載された状態の車両フレーム及び電池パックの上面図である。 第3実施形態における電池パックの側面図である。 第3実施形態の変形形態における車両に搭載された状態の車両フレーム及び電池パックの上面図である。 第3実施形態の変形形態における電池パックの側面図である。
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電池パックを車両に搭載される電池パックに適用した例を示す。
(第1実施形態)
まず、図1~図10を参照して本実施形態の電池パックの構成について説明する。なお、図中における前後方向、左右方向及び上下方向は、方向を区別するために便宜的に記載したものである。左右方向は、対象物を前側から見た状態における左右方向を示している。
図1に示す電池パック1は、車両に搭載された電子装置等に直流を供給する、複数の電池モジュール10を接続して構成された電池モジュール10の集合体である。電池パック1は、3個の電池モジュール10と、一対の一括エンドプレート110a、110bとを備えている。
図2及び図3に示すように、電池モジュール10は、複数の電池セル100を接続して構成された電池セル100の集合体である。具体的には、並列接続された2個の電池セル100を6組直列接続して構成される電池セル100の集合体である。図2~図6に示すように、電池モジュール10は、12個の電池セル100と、一対のエンドプレート101a、101bと、一対のサイドプレート102a、102bと、拘束部材103a~103cと、バスバー104a~104gと、電圧監視ユニット105とを備えている。
電池セル100は、充放電可能な2次電池である。電池セル100は、本体部100aと、正極端子100bと、負極端子100cと、排煙弁100dとを備えている。
本体部100aは、電池セル100の本体を構成する直方体状の部位である。本体部100aは、長方形状の端子面100eと、端子面100eに背向する長方形状の底面100fとを備えている。
正極端子100bと負極端子100cは、端子面100eに、所定間隔をあけて設けられている。
排煙弁100dは、異常時において、本体部100aの内部で発生したガスを、本体部100aの外部に排出するための周りより薄肉の部位である。排煙弁100dは、端子面100eの正極端子100bと負極端子100cとの間に設けられている。
電池セル100は、端子面100eを上側に向けるとともに、端子面100eの短辺が前後方向、長辺が左右方向に向いた状態で、前後方向に4個が1列になるとともに、左右方向に3個が1列になるように整列して配置されている。それぞれの電池セル100の端子面100e及び底面100fが、上下方向で同一位置になるように配置されている。左右方向に並ぶ前側の2列の6個の電池セル100は、正極端子100bを左側、負極端子100cを右側にして配置されている。左右方向に並ぶ後側の2列の6個の電池セル100は、正極端子100bを右側、負極端子100cを左側にして配置されている。
エンドプレート101a、101bは、整列して配置された電池セル100を前後方向から挟持して前後方向の寸法を一定に保つ金属からなる板状の部材である。エンドプレート101a、101bは、整列して配置された電池セル100の前後方向の両端の本体部100aに当接するように配置されている。
サイドプレート102a、102bは、整列して配置された電池セル100の左右方向の両端に配置される金属又は樹脂からなる薄板状の部材である。サイドプレート102a、102bは、エンドプレート101a、101bによって挟持された、エンドプレート101a、101bを含む電池セル100の側面形状と同一形状になるように形成されている。サイドプレート102a、102bは、エンドプレート101a、101bの左右方向の両端に固定されている。
拘束部材103a~103cは、エンドプレート101a、101bを拘束する金属又は樹脂からなる中空の矩形棒状の部材である。また、排煙弁100dから排出されたガスが通る通路を構成する部材でもある。拘束部材103a~103cは、後述する一括エンドプレート110a、110bに固定され、一括エンドプレート110a、110bを介してエンドプレート101a、101bを拘束している。拘束部材103aは、右端の電池セル100の本体部100aの端子面100eに対向した状態で前後方向に延在し、エンドプレート101a、101bと交差するように配置されている。拘束部材103bは、中央の電池セル100の本体部100aの端子面100eに対向した状態で前後方向に延在し、エンドプレート101a、101bと交差するように配置されている。拘束部材103cは、左端の電池セル100の本体部100aの端子面100eに対向した状態で前後方向に延在し、エンドプレート101a、101bと交差するように配置されている。拘束部材103a~103cは、排煙弁100dと対向して配置されている。拘束部材103a~103cは、排煙弁100dと対向する部分に、排煙弁100dから排出されたガスを内部に導入するための開口部103dを有している。なお、図示は省略されているが、電池セル100の本体部100aの底面100f側でも、金属又は樹脂からなる板状の拘束部材が、一括エンドプレート110a、110bに固定され、一括エンドプレート110a、110bを介してエンドプレート101a、101bを拘束している。
バスバー104a~104gは、整列して配置された電池セル100を接続するための金属からなる板状の部材である。バスバー104a、104gは、2個の電池セル100を並列接続するための部材である。バスバー104c~104fは、2個の電池セル100を並列接続するとともに、並列接続した2個の電池セル100を2組直列接続するための部材である。バスバー104aは、右端の前側2個の電池セル100の負極端子100cに接続されている。バスバー104bは、右端の前側2個の電池セル100の正極端子100bと、中央の前側2個の電池セル100の負極端子100cに接続されている。バスバー104cは、中央の前側2個の電池セル100の正極端子100bと、左端の前側2個の電池セル100の負極端子100cに接続されている。バスバー104dは、左端の前側2個の電池セル100の正極端子100bと、左端の後側2個の電池セル100の負極端子100cに接続されている。バスバー104eは、左端の後側2個の電池セル100の正極端子100bと、中央の後側2個の電池セル100の負極端子100cに接続されている。バスバー104fは、中央の後側2個の電池セル100の正極端子100bと、右端の後側2個の電池セル100の負極端子100cに接続されている。バスバー104gは、右端の後側2個の電池セル100の正極端子100bに接続されている。バスバー104aは電池モジュール10の負極端子を、バスバー104gは電池モジュール10の正極端子を構成することになる。
電圧監視ユニット105は、電池モジュール10を構成するそれぞれの電池セル100の電圧を監視する装置である。電圧監視ユニット105は、左側面に設けられたサイドプレート102aに固定されている。なお、図示は省略されているが、電圧監視ユニット105は、配線部材を介してバスバー104a~104gに接続されている。
図7~図9に示すように、電池モジュール10は、端子面100eを上側に向けた状態で、図1に示すように、前後方向に3個が1列になるように整列して配置されている。図7~図9に示すように、電池モジュール10は、エンドプレート101aを前側、エンドプレート101bを後側にして配置されている。
図1、図7~図9に示す一括エンドプレート110a、110bは、整列して配置された電池モジュール10を前後方向から挟持して前後方向の寸法を一定に保つエンドプレート101a、101bと同一材質の金属からなる板状の部材である。一括エンドプレート110a、110bは、整列して配置され電池モジュール10の前後方向の両端のエンドプレート101a、101bに当接するように配置されている。
一括エンドプレート110a、110bは、前後方向の強度が、電池セル100が劣化した所定状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度に設定されている。具体的には、前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形せず、かつ、電池セル100が劣化した所定状態においても一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度に設定されている。
図10に示すように、電池セル100が劣化した所定状態、具体的には使用限界として設定されている容量劣化率20%において電池セル100の挟持に最低限必要とされる荷重F2は、電池セル100が劣化していない初期状態である容量劣化率0%において電池セル100の挟持に最低限必要とされる荷重F1の2倍である。これは、劣化に伴って電池セル100が膨張するためである。ここで、容量劣化率とは、電池セル100の容量の低下割合を示すものである。容量劣化率0%とは、電池セル100が劣化していない初期状態のことである。容量劣化率20%とは、電池セル100が劣化していない初期状態に対して容量が20%低下した状態のことである。そのため、一括エンドプレート110a、110bは、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる荷重の2倍の荷重に耐える強度を有していればよい。具体的には、一括エンドプレート110a、110bは、前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度の2倍の強度に設定されている。つまり、前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度の2倍の強度に設定されている。
前述したように、容量劣化率が20%になるまで電池セル100が劣化しても、一括エンドプレート110a、110bによって電池セル100を挟持することができる。そのため、エンドプレート101a、101bは、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる荷重に耐える強度を有していれば充分である。そのため、エンドプレート101a、101bは、前後方向の強度が、一括エンドプレート110a、110bより低い強度に設定されている。具体的には、前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度に設定されている。より具体的には、一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度の1/2倍、つまり0.5倍の強度に設定されている。つまり、前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池セル100を挟持した状態で保持できる最低限の荷重をエンドプレート101a、101bの前後方向に加えた場合にエンドプレート101a、101bが塑性変形しない強度に設定されている。
エンドプレート101a、101b及び一括エンドプレート110a、110bは、同一材質で構成されているため、前後方向の寸法、つまり厚さTb、Teを調整することによって、強度が調整されている。エンドプレート101a、101b及び一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度は、厚さTb、Teの2乗に比例する。エンドプレート101a、101bは、前後方向の強度を一括エンドプレート110a、110bの1/2倍にするため、厚さTbが一括エンドプレート110a、110bの厚さTeの√(1/2)倍、つまり0.71倍に設定されている。
拘束部材103a~103cは、一括エンドプレート110a、110bに固定され、一括エンドプレート110a、110bを拘束している。その結果、拘束された一括エンドプレート110a、110bによって、電池パック1を構成する各電池モジュール10のエンドプレート101a、101bがそれぞれ拘束されることになる。つまり、拘束部材103a~103cは、一括エンドプレート110a、110bに固定され、一括エンドプレート110a、110bを拘束するとともに、拘束された一括エンドプレート110a、110bを介して、電池パック1を構成する各電池モジュール10のエンドプレート101a、101bをそれぞれ拘束している。
次に、本実施形態の電池パック1の効果について説明する。
本実施形態によれば、電池パック1は、3個の電池モジュール10と、一対の一括エンドプレート110a、110bとを備えている。電池パック1を構成する電池モジュール10は、12個の電池セル100と、一対のエンドプレート101a、101bとを備えている。12個の電池セル100は、所定方向である前後方向に整列して配置されている。一対のエンドプレート101a、101bは、整列して配置された12個の電池セル100の前後方向の両端に当接するように配置され、これらの電池セル100を挟持している。電池パック1を構成する3個の電池モジュール10は、前後方向に整列して配置されている。一括エンドプレート110a、110bは、整列して配置された3個の電池モジュール10の前後方向の両端のエンドプレート101a、101bに当接するように配置され、これらの電池モジュール10を挟持している。一括エンドプレート110a、110bは、前後方向の強度が、電池セル100が劣化した所定状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度に設定されている。エンドプレート101a、101bは、前後方向の強度が一括エンドプレート110a、110bより低い強度に設定されている。そのため、電池セル100が劣化した所定状態になり膨張しても、一括エンドプレート110a、110bによって電池セル100を挟持することができる。つまり、一括エンドプレート110a、110bによって、3個の電池モジュール10を構成する全ての電池セル100を挟持することができる。従って、エンドプレート101a、101bの強度を一括エンドプレート110a、110bの強度より低くしても問題ない。その結果、エンドプレート101a、101bを小さくすることができる。これにより、劣化に伴って電池セル100が膨張しても対応できる充分な強度を確保しつつ、電池パック1を小型化することができる。
本実施形態によれば、一対の一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度は、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの所定方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形せず、かつ、電池セル100が劣化した所定状態においても一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度である。そのため、電池セル100が劣化した所定状態になっても、一括エンドプレート110a、110bによって3個の電池モジュール10を構成する全ての電池セル100を確実に挟持することができる。
本実施形態によれば、一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度は、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度の2倍の強度である。つまり、前後方向の強度は、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度の2倍の強度である。そのため、電池セル100が劣化した所定状態、具体的には使用限界として設定されている容量劣化率20%になり膨張しても、一括エンドプレート110a、110bによって3個の電池モジュール10を構成する全ての電池セル100を確実に挟持することができる。
本実施形態によれば、エンドプレート101a、101bの前後方向の強度は、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度である。つまり、前後方向の強度は、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池セル100を挟持した状態で保持できる最低限の荷重をエンドプレート101a、101bの前後方向に加えた場合にエンドプレート101a、101bが塑性変形しない強度である。そのため、一括エンドプレート110a、110bに比べ、エンドプレート101a、101bを確実に小さくすることができる。しかも、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を構成する全ての電池セル100を確実に挟持することができる。
本実施形態によれば、エンドプレート101a、101b及び一括エンドプレート110a、110bは、全て同一材質からなり板状であり、前後方向の寸法、つまり厚さTb、Teを調整することによって強度が調整されている。そのため、一括エンドプレート110a、110bに比べ、エンドプレート101a、101bの厚さTbを確実に小さくすることができる。従って、電池パック1の前後方向の寸法を確実に小さくすることができる。
なお、本実施形態では、エンドプレート101a、101b及び一括エンドプレート110a、110bが、全て同一材質からなり板状であり、厚さTb、Teを調整することによって強度が調整されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図11に示すように、エンドプレート101a、101b及び一括エンドプレート110a、110bは、前後方向の寸法、つまり厚さTb、Teが全て同一である板状であり、材質を調整することによって強度が調整されていてもよい。
本実施形態では、エンドプレート101a、101b及び一括エンドプレート110a、110bが同一材質の金属からなる例を挙げているが、これに限られるものではない。エンドプレート101a、101b及び一括エンドプレート110a、110bは、同一材質の樹脂で構成されていてもよい。同一材質で構成されていればよい。
本実施形態では、一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度が、電池セル100が劣化した所定状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度に設定されている例を挙げているが、これに限られるものではない。一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度は、少なくとも、電池セル100が劣化した所定状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度に設定されていればよい。電池セル100が劣化した所定状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度以上に設定されていればよい。
本実施形態では、一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形せず、かつ、電池セル100が劣化した所定状態においても一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度に設定されている例を挙げているが、これに限られるものではない。一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度は、少なくとも、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形せず、かつ、電池セル100が劣化した所定状態においても一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度に設定されていればよい。電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形せず、かつ、電池セル100が劣化した所定状態においても一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度以上に設定されていればよい。そのため、図12に示すように、一括エンドプレート110a、110bは、電池モジュールの挟持の際に弾性変形していてもよく、ゴム等の弾性材料で構成されていてもよい。
本実施形態では、一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度の2倍の強度、つまり、前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度の2倍の強度である例を挙げているが、これに限られるものではない。一括エンドプレート110a、110bの前後方向の強度は、少なくとも、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度の2倍の強度、つまり、少なくとも、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に一括エンドプレート110a、110bが塑性変形しない強度の2倍の強度に設定されていればよい。電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度の2倍以上の強度、つまり、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池モジュール10を挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一括エンドプレート110a、110bの前後方向に加えた場合に塑性変形しない強度の2倍以上の強度に設定されていればよい。
本実施形態では、エンドプレート101a、101bの前後方向の強度が、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度、つまり、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池セル100を挟持した状態で保持できる最低限の荷重をエンドプレート101a、101bの前後方向に加えた場合にエンドプレート101a、101bが塑性変形しない強度に設定されている例を挙げているが、これに限られるものではない。エンドプレート101a、101bの前後方向の強度は、一括エンドプレート110a、110bよりも低い範囲で、少なくとも、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度、つまり、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池セル100を挟持した状態で保持できる最低限の荷重をエンドプレート101a、101bの前後方向に加えた場合にエンドプレート101a、101bが塑性変形しない強度に設定されていればよい。一括エンドプレート110a、110bよりも低い範囲で、電池セル100が劣化していない初期状態において電池セル100の挟持に最低限必要とされる強度以上、つまり、電池セル100が劣化していない初期状態において、電池セル100を挟持した状態で保持できる最低限の荷重をエンドプレート101a、101bの前後方向に加えた場合にエンドプレート101a、101bが塑性変形しない強度以上に設定されていればよい。そのため、図13に示すように、エンドプレートは、電池セルの挟持の際に弾性変形していてもよく、ゴム等の弾性材料で構成されていてもよい。
本実施形態では、電池モジュール10が整列して配置される12個の電池セル100を有する例を挙げているが、これに限られるものではない。電池モジュールは、整列して配置される複数の電池セルを有していればよい。
本実施形態では、電池パック1が整列して配置される3個の電池モジュール10を有する例を挙げているが、これに限られるものではない。電池パックは、整列して配置される複数の電池モジュールを有していればよい。また、図14に示すように、電池パック1は、電池モジュール10が1つであってもよい。拘束部材103a~103cの長さが電池モジュール10の数に応じた長さに調整されていればよい。電池パックは、1つ以上の電池モジュールを有していればよい。図14に示す電池パック1を左右方向に複数整列させてもよい。その際、前側の一括エンドプレートと後側の一括エンドプレートをそれぞれ一体化してもよい。つまり、電池セルの整列方向である前後方向と直交する左右方向に複数の電池モジュールを配置し、複数の電池モジュールの前後方向の両端のエンドプレートに当接して、複数の電池モジュールを挟持するように一括エンドプレートを配置してもよい。また、これら全体を電池パックとしてもよい。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の電池パックについて説明する。第2実施形態の電池パックは、第1実施形態の電池パックの一括エンドプレートを、車両フレームを利用して構成するようにしたものである。具体的には、車両フレームのクロスメンバを利用して構成するようにしたものである。
第2実施形態の電池パックは、一括エンドプレートがクロスメンバを利用して構成されていること、電池モジュールの数が異なること、それに伴って拘束部材の長さが異なること、拘束部材を固定するための固定部材が追加されていることを除いて第1実施形態の電池パックと同一である。そのため、図15及び図16を参照して第1実施形態と異なる構成についてのみ説明し、その他については説明を省略する。なお、図中における前後方向、左右方向及び上下方向は、車両の前後方向、左右方向及び上下方向を示すものである。左右方向は、車両に乗車して前側を向いた状態における左右方向を示している。また、第1実施形態と同一の構成要素は、同一の符号を付し説明を省略する。
図15及び図16に示す電池パック2は、車両に搭載された電子装置等に直流を供給する、複数の電池モジュール10を接続して構成された電池モジュール10の集合体である。
ここで、電池パック2が搭載される車両フレームFRは、図15に示すように、サイドレールSR1、SR2と、クロスメンバCM1、CM2とを備えている。サイドレールSR1、SR2は、前後方向に延在し、左右方向に所定間隔をあけて配置される金属からなる方形筒状の部材である。クロスメンバCM1、CM2は、左右方向に延在し、サイドレールSR1、SR2の前後方向の中央部付近で前後方向に所定間隔をあけて配置され、サイドレールSR1とサイドレールSR2を連結する金属からなる方形筒状の部材である。
図16に示すように、電池パック2は、複数の電池モジュール10と、一対の一括エンドプレート110c、110bと、固定部材106とを備えている。
複数の電池モジュール10は、前後方向に整列して配置されている。
一括エンドプレート110cは、第1実施形態の一括エンドプレート110aと同一機能を有する部材である。一括エンドプレート110cは、図15に示すクロスメンバCM2を利用して構成されている。図16に示すように、クロスメンバCM2は、最も前側に配置された電池モジュール10の前側のエンドプレート101aに当接するように配置されている。具体的には、エンドプレート101aの上下方向の中央部よりも下側の表面に当接するように配置されている。より具体的には、エンドプレート101aの表面の50%以上に当接するように配置されている。クロスメンバCM2は、前後方向の強度が、第1実施形態の一括エンドプレート110aと同等以上の強度を有している。
固定部材106は、拘束部材103a~103cをクロスメンバCM2に固定するための部材である。拘束部材103a~103cは、固定部材106を介してクロスメンバCM2に固定されるとともに、一括エンドプレート110bに固定されている。これにより、拘束部材103a~103cは、クロスメンバCM2及び一括エンドプレート110bを介してエンドプレート101a、101bを拘束している。
次に、第2実施形態の電池パックの効果について説明する。
本実施形態によれば、第1実施形態と同一構成を有することにより、その同一構成に対応した同様の効果を得ることができる。第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、一括エンドプレート110cを別部材として設ける必要がない。そのため、部品点数を削減することができる。これにより、電池パック2を小型化することができる。また、電池パック2のコストを低減することができる。
なお、本実施形態では、前側の一括エンドプレート110cがクロスメンバCM2を利用して構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図17及び図18に示すように、電池パック2Aは、前側の一括エンドプレート110cだけでなく後側の一括エンドプレート110dもクロスメンバを利用して構成されていてもよい。
図18に示すように、前側の一括エンドプレート110cは、クロスメンバCM1を利用して構成されている。クロスメンバCM1は、最も前側に配置された電池モジュール10の前側のエンドプレート101aに当接するように配置されている。具体的には、エンドプレート101aの上下方向の中央部よりも下側の表面に当接するように配置されている。より具体的には、エンドプレート101aの表面の50%以上に当接するように配置されている。クロスメンバCM1は、前後方向の強度が、第1実施形態の一括エンドプレート110aと同等以上の強度を有している。
後側の一括エンドプレート110dは、クロスメンバCM2を利用して構成されている。クロスメンバCM2は、最も後側に配置された電池モジュール10の後側のエンドプレート101bに当接するように配置されている。具体的には、エンドプレート101bの上下方向の中央部よりも下側の表面に当接するように配置されている。より具体的には、エンドプレート101bの表面の50%以上に当接するように配置されている。クロスメンバCM2は、前後方向の強度が、第1実施形態の一括エンドプレート110bと同等以上の強度を有している。
拘束部材103a~103cは、固定部材106、107を介してクロスメンバCM1、CM2に固定されている。これにより、拘束部材103a~103cは、クロスメンバCM1、CM2を介してエンドプレート101a、101bを拘束している。
この場合、 一括エンドプレート110cだけでなく、一括エンドプレート110dも別部材として設ける必要がない。そのため、部品点数をさらに削減することができる。これにより、電池パック2Aをさらに小型化することができる。また、電池パック2Aのコストをさらに低減することができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態の電池パックについて説明する。第3実施形態の電池パックは、第1実施形態の電池パックの一括エンドプレートを、車両フレームを利用して構成するようにしたものである。具体的には、車両フレームのサイドレールを利用して構成するようにしたものである。
第3実施形態の電池パックは、一括エンドプレートがサイドレールを利用して構成されていること、電池モジュールの数が異なること、それに伴って拘束部材の長さが異なること、拘束部材を固定するための固定部材が追加されていることを除いて第1実施形態の電池パックと同一である。そのため、図19及び図20を参照して第1実施形態と異なる構成についてのみ説明し、その他については説明を省略する。なお、図中における前後方向、左右方向及び上下方向は、車両の前後方向、左右方向及び上下方向を示すものである。左右方向は、車両に乗車して前側を向いた状態における左右方向を示している。また、第1実施形態と同一の構成要素は、同一の符号を付し説明を省略する。
図19に示す電池パック3A、3Bは、車両に搭載された電子装置等に直流を供給する、複数の電池モジュール10を接続して構成された電池モジュール10の集合体である。電池パック3A、3Bが搭載される車両フレームFRは、第2実施形態と同様に、サイドレールSR1、SR2と、クロスメンバCM1、CM2とを備えている。
図20に示すように、車両の左側に配置されている電池パック3Aは、複数の電池モジュール10と、一対の一括エンドプレート110e、110bと、固定部材108とを備えている。
複数の電池モジュール10は、左右方向に整列して配置されている。
一括エンドプレート110eは、第1実施形態の一括エンドプレート110aと同一機能を有する部材である。一括エンドプレート110cは、図19に示すサイドレールSR1を利用して構成されている。図20に示すように、サイドレールSR1は、最も左側に配置された電池モジュール10の左側のエンドプレート101aに当接するように配置されている。具体的には、エンドプレート101aの上下方向の中央部よりも下側の表面に当接するように配置されている。より具体的には、エンドプレート101aの表面の50%以上に当接するように配置されている。サイドレールSR1は、左右方向の強度が、第1実施形態の一括エンドプレート110aと同等以上の強度を有している。
固定部材108は、拘束部材103a~103cをサイドレールSR1に固定するための部材である。拘束部材103a~103cは、固定部材108を介してサイドレールSR1に固定されるとともに、一括エンドプレート110bに固定されている。これにより、拘束部材103a~103cは、サイドレールSR1及び一括エンドプレート110bを介してエンドプレート101a、101bを拘束している。
図19に示す、車両の右側に配置されている電池パック3Bは、電池パック3Aと同一構成で、右側の一括エンドプレートがサイドレールSR2を利用して構成されているものである。そのため、説明は省略する。
次に、第3実施形態の電池パックの効果について説明する。
本実施形態によれば、第1実施形態と同一構成を有することにより、その同一構成に対応した同様の効果を得ることができる。第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、一括エンドプレート110eを別部材として設ける必要がない。そのため、部品点数を削減することができる。これにより、電池パック3Aを小型化することができる。また、電池パック3Aのコストを低減することができる。
なお、本実施形態では、左側又は右側のいずれか一方の一括エンドプレートがサイドレールSR1、SR2を利用して構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図21及び図22に示すように、電池パック3Cは、左側の一括エンドプレート110eだけでなく右側の一括エンドプレート110fもサイドレールを利用して構成されていてもよい。
図22に示すように、左側の一括エンドプレート110eは、サイドレールSR1を利用して構成されている。サイドレールSR1は、最も左側に配置された電池モジュール10の左側のエンドプレート101aに当接するように配置されている。具体的には、エンドプレート101aの上下方向の中央部よりも下側の表面に当接するように配置されている。より具体的には、エンドプレート101aの表面の50%以上に当接するように配置されている。サイドレールSR1は、左右方向の強度が、第1実施形態の一括エンドプレート110aと同等以上の強度を有している。
右側の一括エンドプレート110fは、サイドレールSR2を利用して構成されている。サイドレールSR2は、最も右側に配置された電池モジュール10の右側のエンドプレート101bに当接するように配置されている。具体的には、エンドプレート101bの上下方向の中央部よりも下側の表面に当接するように配置されている。より具体的には、エンドプレート101bの表面の50%以上に当接するように配置されている。サイドレールSR2は、左右方向の強度が、第1実施形態の一括エンドプレート110bと同等以上の強度を有している。
拘束部材103a~103cは、固定部材108、109を介してサイドレールSR1、SR2に固定されている。これにより、拘束部材103a~103cは、サイドレールSR1、SR2を介してエンドプレート101a、101bを拘束している。
この場合、 一括エンドプレート110eだけでなく、一括エンドプレート110fも別部材として設ける必要がない。そのため、部品点数をさらに削減することができる。これにより、電池パック3Cをさらに小型化することができる。また、電池パック3Cのコストをさらに低減することができる。
以上、本発明の実施形態及びその変形形態を説明したが、本発明は、これらの形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、これらの形態を組み合わせて構成してもよい。
1・・・電池パック、10・・・電池モジュール、100・・・電池セル、101a、101b・・・エンドプレート、103a~103c・・・拘束部材、110a、110b・・・一括エンドプレート

Claims (11)

  1. 所定方向に整列して配置される複数の電池セル(100)と、整列して配置された複数の前記電池セルの前記所定方向の両端に当接するように配置され、複数の前記電池セルを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレート(101a、101b)とを備えた複数の電池モジュール(10)と、
    前記所定方向に整列して配置された複数の前記電池モジュールの前記所定方向の両端の前記エンドプレートに当接するように配置され、複数の前記電池モジュールを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレート(110a~110f、CM1、CM2、SR1、SR2)と、
    を備えた電池パック(1)であって、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで前記電池セルが劣化した所定状態において前記電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、
    一対の前記エンドプレートの前記所定方向の強度は、一対の前記一括エンドプレートより低く、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形せず、かつ、前記電池セルが劣化した前記所定状態においても一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度であり、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度の2倍の強度である電池パック。
  2. 所定方向に整列して配置される複数の電池セル(100)と、整列して配置された複数の前記電池セルの前記所定方向の両端に当接するように配置され、複数の前記電池セルを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレート(101a、101b)とを備えた複数の電池モジュール(10)と、
    前記所定方向に整列して配置された複数の前記電池モジュールの前記所定方向の両端の前記エンドプレートに当接するように配置され、複数の前記電池モジュールを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレート(110a~110f、CM1、CM2、SR1、SR2)と、
    を備えた電池パック(1)であって、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで前記電池セルが劣化した所定状態において前記電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、
    一対の前記エンドプレートの前記所定方向の強度は、一対の前記一括エンドプレートより低く、
    一対の前記エンドプレート及び一対の前記一括エンドプレートは、同一材質からなる板状であり、前記所定方向の寸法を調整することによって強度が調整されている電池パック。
  3. 所定方向に整列して配置される複数の電池セル(100)と、整列して配置された複数の前記電池セルの前記所定方向の両端に当接するように配置され、複数の前記電池セルを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレート(101a、101b)とを備えた複数の電池モジュール(10)と、
    前記所定方向に整列して配置された複数の前記電池モジュールの前記所定方向の両端の前記エンドプレートに当接するように配置され、複数の前記電池モジュールを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレート(110a~110f、CM1、CM2、SR1、SR2)と、
    を備えた電池パック(1)であって、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで前記電池セルが劣化した所定状態において前記電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、
    一対の前記エンドプレートの前記所定方向の強度は、一対の前記一括エンドプレートより低く、
    一対の前記エンドプレート及び一対の前記一括エンドプレートは、前記所定方向の寸法が同一である板状であり、材質を調整することによって強度が調整されている電池パック。
  4. 一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形せず、かつ、前記電池セルが劣化した前記所定状態においても一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度である請求項2~3のいずれか1項に記載の電池パック。
  5. 一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度の2倍の強度である請求項4に記載の電池パック。
  6. 一対の前記エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池セルを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記エンドプレートが塑性変形しない強度である請求項1~5のいずれか1項に記載の電池パック。
  7. 所定方向に整列して配置される複数の電池セル(100)と、整列して配置された複数の前記電池セルの前記所定方向の両端に当接するように配置され、複数の前記電池セルを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対のエンドプレート(101a、101b)とを備えた1つ以上の電池モジュール(10)と、
    前記電池モジュールが1つの場合には、前記電池モジュールの前記所定方向の両端の前記エンドプレートに当接するように配置され、前記電池モジュールを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保ち、前記電池モジュールが複数の場合には、前記所定方向に整列して配置された複数の前記電池モジュールの前記所定方向の両端の前記エンドプレートに当接するように配置され、複数の前記電池モジュールを挟持して前記所定方向の寸法を一定に保つ一対の一括エンドプレート(110b~110f、CM1、CM2、SR1、SR2)と、
    を備えた車両に搭載される車両用電池パック(1)であって、
    一対の前記一括エンドプレートの少なくとも一方は、車両フレーム(110c~110f、CM1、CM2、SR1、SR2)であり、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルの容量の低下割合を示す容量劣化率が20%になるまで前記電池セルが劣化した所定状態において前記電池セルの挟持に最低限必要とされる強度であり、
    一対の前記エンドプレートの前記所定方向の強度は、一対の前記一括エンドプレートより低く、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形せず、かつ、前記電池セルが劣化した前記所定状態においても一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度であり、
    一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池モジュールを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記一括エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記一括エンドプレートが塑性変形しない強度の2倍の強度である車両用電池パック。
  8. 前記車両フレームは、クロスメンバ(CM1、CM2)又はサイドレール(SR1、SR2)である請求項7に記載の車両用電池パック。
  9. 一対の前記エンドプレートの前記所定方向の強度は、少なくとも、前記電池セルが劣化していない初期状態において、前記電池セルを挟持した状態で保持できる最低限の荷重を一対の前記エンドプレートの前記所定方向に加えた場合に一対の前記エンドプレートが塑性変形しない強度である請求項7~8のいずれか1項に記載の車両用電池パック。
  10. 一対の前記一括エンドプレートのうち、一方のみが前記車両フレームであり、
    一対の前記エンドプレート及び他方の前記一括エンドプレートは、同一材質からなる板状であり、前記所定方向の寸法を調整することによって強度が調整されている請求項7~9のいずれか1項に記載の車両用電池パック。
  11. 一対の前記一括エンドプレートのうち、一方のみが前記車両フレームであり、
    一対の前記エンドプレート及び他方の前記一括エンドプレートは、前記所定方向の寸法が同一である板状であり、材質を調整することによって強度が調整されている請求項7~9のいずれか1項に記載の車両用電池パック。
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