JP7179731B2 - 電池モジュール及びこれを装備する車両 - Google Patents
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Description
一方で、近年、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度の高い電池モジュールが求められており、電池モジュールを構成する角形電池セルも、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度の高い電池を採用することが望まれている。
しかしながら、特許文献1の電池モジュールは、エンドプレートがプラスチック製の本体部と、アルミニウムなどの金属プレートとで構成されており、大きな力が加わると本体部が破損したり、金属プレートが変形したりするおそれがある。エンドプレートが破損したり、変形したりすると、角形電池セルの膨張を抑制することができなくなる。
図1~図4は実施形態1に係る電池モジュールを示している。図1は電池モジュールの斜視図を、図2は電池モジュールの分解斜視図を、図3は電池モジュールの端部を垂直面内で切断した垂直縦断面図を、図4は電池モジュールの端部を水平面内で切断した水平断面図をそれぞれ示している。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、電池の積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。
角形電池セル1は、図に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。角形電池セル1はリチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。角形電池セル1は、密閉構造の外装缶に正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板で気密に密閉している。封口板は、外装缶と同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子を固定している。さらに、封口板は、正負の電極端子の間に、ガス排出弁を設けている。
電池積層体2は、図3と図4に示すように、積層している角形電池セル1の間にセパレータ18を挟着している。図のセパレータ18は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示すセパレータ18は、角形電池セル1の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状としており、このセパレータ18を互いに隣接する角形電池セル1の間に積層して、隣接する角形電池セル1同士を絶縁している。なお、セパレータ18とは別に、隣接する角形電池セル1間に第二スペーサを配置しても良い。角形電池セル1とスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることで、角形電池セル1を冷却することができる。また、角形電池セル1の表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばPET樹脂等のシュリンクチューブで角形電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。
電池積層体2は、隣接する角形電池セル1の正負の電極端子に金属製のバスバー(図示せず)が接続されて、バスバーでもって複数の角形電池セル1を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体2は、18個の角形電池セル1を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する角形電池セルの個数とその接続状態を特定しない。
エンドプレート3は、電池積層体2の角形電池セル1の積層方向における両端であって、端面スペーサ19の外側に配置されて電池積層体2を両端から挟着している。電池積層体2の両端に配置される一対のエンドプレート3は、電池積層体2の両側面に沿って配置されるバインドバー4が連結されて締結される。エンドプレート3は、図2と図4に示すように、両側面上において固定ピン5を介してバインドバー4が連結される。エンドプレート3の両側面に固定される固定ピン5は、対向する固定ピン5同士が同軸線上に位置するように配置される。図2の例では、エンドプレート3の両側面に沿って2個ずつ、全体で4個の固定ピン5を介してバインドバー4を連結している。
エンドプレート3は、横リブ13の両端部に形成された連結穴13Aに固定ピン5を挿入してバインドバー4が固定される。図4の電池モジュール10は、固定ピン5をボルト5Aとするので、横リブ13の両端部には、連結穴13Aとして、ボルト5Aの雄ネジ5bをねじ込む雌ねじ穴13aを設けている。雌ねじ穴13aは端面から軸方向に伸びるように設けられる。ボルト5Aは、バインドバー4を貫通して、雌ねじ穴13aにねじ込まれて、バインドバー4をエンドプレート3に固定する。ただ、固定ピンは、必ずしもボルトによる螺合とする必要はなく、固定ピンを横リブの連結穴に圧入して固定することも、固定ピンを溶接ボルトとすることもできる。
電池積層体2の側面は、一対のバインドバー4でそれぞれ被覆されて、電池積層体2の各側面においてエンドプレート3同士をバインドバー4でそれぞれ締結している。各バインドバー4は、電池積層体2の側面をほぼ被覆する大きさに形成したバインドバー主面41を有する。このバインドバー主面41は、電池積層体2の積層方向において端縁まで平板状に形成される。バインドバー4は、その端縁を断面視においてL字状に折曲しない非折曲端縁とすることが好ましい。
さらに、図2と図4に示すバインドバー4は、両端部の内面であって、エンドプレート3Aと対向する領域に補強部7を固定しており、この補強部7を介してエンドプレート3Aをバインドバー4に連結している。これにより、バインドバー4自体の肉厚を厚くすることなく、その両端部において補強部7を介してエンドプレート3Aを安定して固定できるようにしている。
以上の実施形態1では、エンドプレート3に水平方向に延在する横リブ13を設ける例を示したが、エンドプレートは、横リブに加えて、上下方向に延在する縦リブを設けて、横リブと縦リブとを交差させる構成とすることもできる。このような例を実施形態2として、図5ないし図8に基づいて説明する。これらの図において、図5は電池モジュールの斜視図を、図6は電池モジュールの分解斜視図を、図7は電池モジュールの端部を垂直面内で切断した垂直横断面図を、図8は電池モジュールの端部を水平面内で切断した水平断面図をそれぞれ示している。これらの図に示す電池モジュール20は、エンドプレート3Bの構成、及びエンドプレート3Bの固定構造を除いて、上述した実施形態1の電池モジュールとほぼ同じ構成としている。したがって、上述した電池モジュール10と同じ構成要素については同符号を付してその詳細な説明は省略する。
図7と図8に示すエンドプレート3Bは、上下方向に延在する縦リブ15を対向プレート部11に一体成形して設けている。図のエンドプレート3Bは、左右に離間して2列の縦リブ15を互いに平行に設けており、上下方向に延在する縦リブ15と水平方向に延在する横リブ13とを互いに交差させている。この構造のエンドプレート3Bは、縦横に交差する縦リブ15及び横リブ13によって、さらに強い曲げ強度を実現できる。図のエンドプレート3Bは、周壁部12の内側において、2列の縦リブ15を設けている。2列の縦リブ15は、左右に位置する側面壁12Aに対して互いに平行な姿勢であって所定の間隔を設けて成形されている。周壁部12の内側に形成される縦リブ15は、その上端部を上面壁12Bに、下端部を底面壁12Cにそれぞれ一体的に連結している。図7に示すエンドプレート3Bは、縦リブ15の下端部を底面壁12Cの下面から下方に突出させて突出部24を設けている。このエンドプレート3Bは、図7に示すように、突出部24の下端を角形電池セル1の下端面と等しく配置する状態で、対向プレート部11の下端を角形電池セル1の下端よりも上方に配置するようにしている。これにより、対向プレート部11の下端部が角形電池セル1の下端部に対向するのを防止している。
さらに、図5と図6に示す電池モジュール20は、エンドプレート3Bの縦リブ15に設けた挿通穴15Aを上下に貫通する固定ボルト6を介して、電池モジュール20の底面に配置されるベースプレート9に固定される構造としている。固定ボルト6は、ネジ部の先端をベースプレート9の外側に設けたナット部(図示せず)にねじ込んで、あるいは、ベースプレート9に設けた雌ねじ穴にねじ込んで固定される。
以上の電池モジュールは、電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源に最適である。電池モジュールを搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電池モジュールを直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置を構築して搭載することもできる。
Claims (8)
- 複数の角形電池セルを厚さ方向に積層してなる電池積層体と、
前記電池積層体の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
前記電池積層体の両側面に配置され、一対の前記エンドプレートを締結するバインドバーと、
前記エンドプレートの側面上で前記バインドバーを固定する複数の固定ピンとを備え、
前記エンドプレートの両側面に対向して固定される一対の前記固定ピンが同軸線上に配置されると共に、前記エンドプレートが、前記固定ピンと同軸線上に延在する横リブを備え、
前記エンドプレートは、前記電池積層体の端面形状と略等しい外形を有する対向プレート部と、前記対向プレート部の4辺から角形電池セルの積層方向に突出する周壁部とを備え、前記エンドプレートの全体形状を略箱形状としてなる電池モジュール。 - 請求項1に記載される電池モジュールであって、
前記周壁部は、前記対向プレート部の両測縁に連結された側面壁と、上端縁に連結された上面壁と、下端縁に連結された底面壁とを備えており、
前記横リブが、前記対向プレート部から角形電池セルの積層方向に突出すると共に、その両端が前記側面壁に連結されており、
前記側面壁に前記固定ピンを挿入する連結穴を設けてなる電池モジュール。 - 複数の角形電池セルを厚さ方向に積層してなる電池積層体と、
前記電池積層体の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
前記電池積層体の両側面に配置され、一対の前記エンドプレートを締結するバインドバーと、
前記エンドプレートの側面上で前記バインドバーを固定する複数の固定ピンとを備え、
前記エンドプレートの両側面に対向して固定される一対の前記固定ピンが同軸線上に配置されると共に、前記エンドプレートが、前記固定ピンと同軸線上に延在する横リブを備え、
前記エンドプレートが、上下方向に延在して前記横リブと交差する縦リブを備え、
前記エンドプレートを当該電池モジュールの底面側に配置されるベースプレートに固定
するための固定ボルトを備えており、
前記縦リブが、軸方向に貫通する挿通穴を備えており、
前記固定ボルトを前記縦リブの挿通穴に挿通して前記エンドプレートをベースプレートに固定するようにしてなる電池モジュール。 - 請求項3に記載される電池モジュールであって、
前記横リブは、両端部に前記固定ピンが挿入される連結穴を有しており、
前記縦リブの挿通穴と、前記横リブの連結穴が同一平面内に位置しており、
前記連結穴が前記挿通穴の位置まで貫通するように形成されてなる電池モジュール。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記横リブは、両端部に前記固定ピンが挿入されるボス部を備えると共に、前記ボス部には、前記固定ピンを挿入する連結穴を有しており、
前記固定ピンが前記バインドバーを貫通して前記連結穴に挿入されて前記バインドバーが前記エンドプレートに連結されてなる電池モジュール。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートは、複数列の前記横リブを互いに平行に備えており、両側面に複数対の前記固定ピンが固定されてなる電池モジュール。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載される電池モジュールであって、
前記エンドプレートがアルミニウムまたはアルミニウム合金で鋳造されてなる電池モジュール。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の電池モジュールを装備する車両であって、
前記電池モジュールと、該電池モジュールから電力供給される走行用のモータと、前記電池モジュール及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える車両。
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JP2021026956A (ja) | 電源装置とこの電源装置を備える電動車両及び蓄電装置 |
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