JP2014220131A - Restriction band structure of vehicle battery module - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は車両用バッテリモジュールの拘束バンド構造に係り、特にバッテリモジュールを簡素な構造とし、高い信頼性を備えつつ、バッテリモジュールの組み付け性を高め、かつ、バッテリモジュールの小型化を図る車両用バッテリモジュールの拘束バンド構造に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a restraint band structure for a battery module for a vehicle, and more particularly to a battery for a vehicle that has a simple structure, has high reliability, enhances battery module assembly, and reduces the size of the battery module. The present invention relates to a restraint band structure of a module.
車両に搭載されるバッテリパックは、複数の車両用バッテリモジュールによって形成される。
この車両用バッテリモジュールは、積層される複数のバッテリセルとこのバッテリセルの積層方向両端に配置される一対のエンドプレートとを有する。
また、車両用バッテリモジュールは、一対のエンドプレートを挟持して複数のバッテリセルをその積層方向中央側に締め付ける拘束バンドを使用している。
このとき、前記車両用バッテリモジュールにおいては、バッテリセルとしてリチウムイオン電池を使用している。
そして、このリチウムイオン電池に使用される有機電解液が充放電中に揮発して内圧が上昇し、前記バッテリセルが膨張するため、バッテリセルの積層方向両端に樹脂製の一対のエンドプレートを配置し、かつ、金属製の拘束バンドで挟持し締結するという堅固な構成を前記車両用バッテリモジュールは備えている。
The battery pack mounted on the vehicle is formed by a plurality of vehicle battery modules.
This battery module for vehicles has a plurality of battery cells to be stacked and a pair of end plates disposed at both ends in the stacking direction of the battery cells.
Further, the vehicle battery module uses a restraining band that sandwiches a pair of end plates and tightens a plurality of battery cells toward the center in the stacking direction.
At this time, in the vehicle battery module, a lithium ion battery is used as a battery cell.
And since the organic electrolyte used for this lithium ion battery volatilizes during charge and discharge, the internal pressure rises and the battery cell expands, a pair of resin-made end plates are arranged at both ends of the battery cell in the stacking direction. In addition, the vehicle battery module has a solid configuration in which the metal restraint band is clamped and fastened.
ところで、上記特許文献1及び特許文献2に開示される従来の車両用バッテリモジュールの拘束バンド構造においては、拘束バンドとエンドプレートとをリベットで締結している。
つまり、前記車両用バッテリモジュール102を形成する際に、図7(a)に示す如く、複数のバッテリセル103及びセパレータ104の積層方向両端に一対のエンドプレート105aを配置し、この一対のエンドプレート105aを拘束バンド106で挟持して複数のバッテリセル103をその積層方向中央側に締め付ける。
そして、前記バッテリモジュール102のエンドプレート105aと拘束バンド106とを固定するリベット131を配置する。
このとき、このリベット131は、前記拘束バンド106の外側からこの拘束バンド106に形成した取付孔110と前記エンドプレート105aに形成した取付孔132とを挿通するように、専用の工具133を使用して配置する。
また、前記リベット131を配置した後には、図7(b)に示す如く、前記工具133によってリベット131の先端部134を前記バッテリセル103側から前記エンドプレート105a側に押圧し、リベット131の先端部134を前記エンドプレート105aの取付孔132よりも大形に変形させている。
そして、前記リベット131を変形させた後には、図7(c)に示す如く、前記工具133を抜き取り、この工具133の一部133aを変形させたリベット131の先端部134に残し、リベット131よって前記バッテリモジュール102のエンドプレート105aに前記拘束バンド106を締結している。
しかし、従来の構造においては、前記拘束バンド106の取付孔110と前記エンドプレート105aの取付孔132との位置合わせをした後、前記リベット131を挿入する必要があった。
この結果、前記拘束バンド106の取付孔110と前記エンドプレート105aの取付孔132との位置を合わせる際の位置決めがなく、作業者の作業負担が増加するという不都合がある。
また、前記拘束バンド106と前記エンドプレート105aとの締結に、前記リベット131を設けていたため、エンドプレート105aと前記バッテリセル103との間に、図7(a)〜(c)に示す如く、リベット挿入分やリベット用工具挿入分の空間Sが必要となり、エンドプレート105aとバッテリセル103との間に余剰空間が形成されていた。
この結果、前記バッテリモジュール102の全長が長くなってしまい、バッテリモジュール102の小型化が図り難いという不都合がある。
By the way, in the conventional restraint band structure of the battery module for vehicles disclosed in Patent Literature 1 and
That is, when the
A
At this time, the
After the
Then, after the
However, in the conventional structure, it is necessary to insert the
As a result, there is no positioning when aligning the
Further, since the
As a result, the entire length of the
この発明は、車両用バッテリモジュールの拘束バンド構造において、簡素な構造で高い信頼性を備えたバッテリモジュールを提供しつつ、バッテリモジュールの組み付け性を高めるとともにバッテリモジュールの小型化を図ることを目的とする。 An object of the present invention is to provide a battery module having a simple structure and high reliability in a restraint band structure for a vehicle battery module, and to improve the assembly of the battery module and reduce the size of the battery module. To do.
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、互いに積層される複数のバッテリセルと、この複数のバッテリセルの積層方向両端に配置される一対のエンドプレートとを有するバッテリモジュールを設け、一対の前記エンドプレートに、この一対のエンドプレートを挟持するとともに複数の前記バッテリセルをその積層方向中央側に締め付ける拘束バンドを取り付け、この拘束バンドを締結部材を介して前記エンドプレートに固定した車両用バッテリモジュールの拘束バンド構造において、前記締結部材は、前記エンドプレートの外側表面から前記バッテリセルの積層方向外側に突出する熱可塑性樹脂から成る突出部を備え、この突出部を前記拘束バンドの取付孔に挿入し、この取付孔よりも前記バッテリセルの積層方向外側に突出した前記突出部の先端部を抑圧し加熱することによって、前記突出部に前記取付孔の径寸法より大きく、旦つ、前記拘束バンドの表面に装着するスカート部が形成され、このスカート部を介して前記拘束バンドを前記エンドプレートに締結することを特徴とする。 Therefore, in order to eliminate the above-described inconveniences, the present invention provides a battery module having a plurality of battery cells stacked on each other and a pair of end plates disposed at both ends in the stacking direction of the plurality of battery cells. A vehicle is provided with a restraining band that clamps the pair of end plates and clamps the plurality of battery cells to the center side in the stacking direction, and the restraining band is fixed to the end plate via a fastening member. In the restraint band structure of the battery module, the fastening member includes a projecting portion made of a thermoplastic resin projecting outward from the outer surface of the end plate in the stacking direction of the battery cell, and the projecting portion is attached to the mounting hole of the restraint band. And project outside the mounting holes in the stacking direction of the battery cells. By suppressing and heating the tip of the protruding portion, a skirt portion that is larger than the diameter of the mounting hole is formed in the protruding portion and is attached to the surface of the restraining band. The restraint band is fastened to the end plate.
この発明によれば、上記構造とすることで、エンドプレートに拘束バンドを取り付ける際に、エンドプレートに取り付けられている突出部が位置決めとなり、拘束バンドのエンドプレートヘの組み付けを容易にすることができる。
また、本発明では、バッテリモジュールを組み立てる際のみ、突出部がバッテリセルの積層方向外方側のみに突出している。
そして、拘束バンドとエンドプレートとを締結する際には、突出部の先端部を抑圧し加熱することで、塑性変形させて、拘束バンドとエンドプレートとを締結できる。
これによって、エンドプレートとバッテリセルとの間に、従来構造のようなリベットおよびリベット工具挿入用の余剰空間を設ける必要がなくなり、バッテリモジュールを小型化できる。
更に、突出部を押圧して加熱することで、突出部のスカート部でエンドプレートと拘束バンドとを強固に締結できるため、ユーザによるバッテリモジュールの分解を阻止できる。
これによって、ユーザによるバッテリセルの交換を防止できるため、バッテリモジュールの性能を維持でき、簡素な構造で高い信頼性を確保できる。
According to the present invention, when the restraint band is attached to the end plate, the projecting portion attached to the end plate is positioned and the assembly of the restraint band to the end plate is facilitated by the above structure. it can.
In the present invention, only when the battery module is assembled, the protruding portion protrudes only on the outer side in the stacking direction of the battery cells.
When fastening the restraint band and the end plate, the restraint band and the end plate can be fastened by being plastically deformed by suppressing and heating the tip of the protrusion.
As a result, there is no need to provide a rivet and extra space for inserting a rivet tool as in the conventional structure between the end plate and the battery cell, and the battery module can be reduced in size.
Furthermore, the end plate and the restraining band can be firmly fastened by the skirt portion of the protruding portion by pressing and heating the protruding portion, thereby preventing the user from disassembling the battery module.
As a result, the battery cell can be prevented from being replaced by the user, so that the performance of the battery module can be maintained, and high reliability can be secured with a simple structure.
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1〜図5はこの発明の実施例を示すものである。
図1〜図3において、1はバッテリパック、2は車両用バッテリモジュールである。
このバッテリモジュール2は、図1及び図3に示す如く、互いに積層される複数、例えば8個のバッテリセル3と、このバッテリセル3間に夫々配置させた伸縮性を有するセパレータ4と、複数の前記バッテリセル3の積層方向両端に配置される樹脂製材料からなる一対のエンドプレート5a、5bとを有している。
また、この一対のエンドプレート5a、5bには、一対のエンドプレート5a、5bを挟持するとともに、複数の前記バッテリセル3をその積層方向中央側に締め付ける金属製の拘束バンド6を設けている。
そして、この拘束バンド6を締結部材7を介して一対の前記エンドプレート5a、5bに固定し、前記バッテリモジュール2を構成している。
その後に、載置台8に複数、例えば4組のバッテリモジュール2を載置し、図2に示す如く、車両に搭載するための前記バッテリパック1を構成している。
1 to 5 show an embodiment of the present invention.
1 to 3, reference numeral 1 denotes a battery pack, and 2 denotes a vehicle battery module.
As shown in FIGS. 1 and 3, the
The pair of
The
Thereafter, a plurality of, for example, four sets of
また、前記締結部材7は、前記エンドプレート5a、5bの外側表面から前記バッテリセル3の積層方向外側に突出する熱可塑性樹脂から成る突出部9を備えている。
この突出部9を前記拘束バンド6に形成した取付孔10に挿入する。
そして、この取付孔10よりも前記バッテリセル3の積層方向外側に突出した前記突出部9の先端部11を抑圧し加熱する。
これによって、前記突出部9に前記取付孔10の径寸法より大きく、旦つ、前記拘束バンド6の表面に装着するスカート部12が形成され、このスカート部12を介して前記拘束バンド6を前記エンドプレート5a、5bに締結している。
詳述すれば、前記バッテリモジュール2を構成する際には、図1(a)に示す如く、先ず、複数の前記バッテリセル3と複数の前記セパレータ4と前記バッテリセル3の積層方向両端に配置される一対のエンドプレート5a、5bとを配置する。
そして、一対のエンドプレート5a、5bの外側に、図1(a)及び(b)に示す如く、前記締結部材7を取り付ける。
また、前記拘束バンド6の前記取付孔10に、図1(c)に示す如く、前記締結部材7の突出部9を挿入して前記拘束バンド6を配置する。
その後、この拘束バンド6の前記取付孔10から前記バッテリセル3の積層方向外側に突出した前記締結部材7の突出部9の先端部11を抑圧し加熱する。
なお、この突出部9の先端部11を抑圧し加熱する際には、図1(d)に矢印Aで示す如く、工具(図示せず)の作業方向を前記バッテリモジュール2の外側から積層方向中央に向けて行うことができる。
このとき、工具によって前記締結部材7の突出部9の先端部11に塑性変形を加えることによって、図1〜図4に示す如く、前記締結部材7の突出部9には前記取付孔10の径寸法より大きく、旦つ、前記拘束バンド6の表面に装着する前記スカート部12が形成される。
そして、このスカート部12を介して前記拘束バンド6を前記エンドプレート5a、5bに締結している。
The
The protruding
And the front-end | tip
As a result, a
More specifically, when the
And the said
Further, as shown in FIG. 1 (c), the projecting
Thereafter, the
When the
At this time, by applying plastic deformation to the
The
このため、上記構造とすることで、前記エンドプレート5a、5bに前記拘束バンド6を取り付ける際に、エンドプレート5a、5bに取り付けられている前記締結部材7の突出部9が位置決めとなり、拘束バンド6のエンドプレート5a、5bヘの組み付けを容易にすることができる。
また、本発明では、前記バッテリモジュール2を組み立てる際のみ、前記締結部材7の突出部9が前記バッテリセル3の積層方向外方側のみに突出している。
そして、前記拘束バンド6と前記エンドプレート5a、5bとを締結する際には、突出部9の先端部11を抑圧し加熱することで、塑性変形させて、拘束バンド6とエンドプレート5a、5bとを締結できる。
これによって、前記エンドプレート5a、5bと前記バッテリセル3との間に、従来構造のようなリベットおよびリベット工具挿入用の余剰空間を設ける必要がなくなり、前記バッテリモジュール2を小型化できる。
更に、前記締結部材7の突出部9を押圧して加熱することで、突出部9の前記スカート部12で前記エンドプレート5a、5bと前記拘束バンド6とを強固に締結できるため、ユーザによる前記バッテリモジュール2の分解を阻止できる。
これによって、ユーザによる前記バッテリセル3の交換を防止できるため、前記バッテリモジュール2の性能を維持でき、簡素な構造で高い信頼性を確保できる。
Therefore, with the above structure, when the
Further, in the present invention, only when the
When the
This eliminates the need for providing extra space for inserting rivets and rivet tools as in the conventional structure between the
Furthermore, by pressing and heating the protruding
As a result, the
前記締結部材7は、前記突出部9の基部13に装着する金属製の台座部14を設け、この台座部14を介して前記突出部9を前記エンドプレート5a、5bに取り付ける。
つまり、前記突出部9は、図5に示す如く、前記拘束バンド6の前記取付孔10に挿入可能な寸法を有する円柱形状とした先端部11と、この先端部11の前記エンドプレート5a、5b側に形成し、かつ、前記取付孔10に挿入不可能な寸法に形成した前記基部13とからなる。
そして、この突出部9の基部13に、所定の厚みを有し、かつ、基部13よりも大なる寸法を有する、例えば角柱形状に形成した金属製の前記台座部14を設けている。
これにより、上記構造とすることで、前記締結部材7の前記突出部9を押圧し加熱したとしても、突出部9に加わった熱が金属製の前記台座部14によって前記エンドプレート5a、5bに直接伝達されるのを抑制できる。
また、これらのエンドプレート5a、5bから前記バッテリセル3へ高熱が伝わるのを抑制できる。
これによって、エンドプレート5a、5bの熱変形やバッテリセル3への熱害を防止して、前記バッテリモジュール2の寿命が低下するのを防止でき、バッテリモジュール2の高出力を維持して、高い信頼性を確保できる。
The
That is, as shown in FIG. 5, the protruding
The
Thereby, even if it presses and heats the said
Further, high heat can be prevented from being transmitted from the
As a result, it is possible to prevent thermal deformation of the
また、前記エンドプレート5a、5bの前記締結部材7が取り付けられる位置に凹部15を形成し、前記台座部14と前記凹部15とを嵌め合わせることで、前記締結部材7を前記エンドプレート5a、5bに固定している。
つまり、複数の前記凹部15を、図1及び図4に示す如く、前記エンドプレート5a、5bの前記締結部材7が取り付けられる位置、例えばエンドプレート5a、5bの四隅に形成する。
このとき、前記凹部15は、前記締結部材7の台座部14と合致する形状とする。なお、前記凹部15の深さ寸法は、この凹部15に前記台座部14を嵌合させた際に、前記締結部材7が脱落しない程度のものであれば良く、任意に設定可能である。
これにより、上記構造とすることで、前記締結部材7の台座部14を前記エンドプレート5a、5bの前記凹部15に嵌め込むだけで、締結部材7をエンドプレート5a、5bに固定できる。
そして、前記締結部材7と前記エンドプレート5a、5bとの間で接着などの作業工程が不要となるとともに、前記凹部15と台座部14とで締結部材7の位置決めが容易となり、組み付け性を高めることができる。
Moreover, the recessed
That is, as shown in FIGS. 1 and 4, the plurality of
At this time, the
Thereby, by setting it as the said structure, the
Further, an operation step such as adhesion between the fastening
追記すれば、前記締結部材7の台座部14や前記凹部15を含めた前記バッテリモジュール2の組み立て手順は、以下のようになる。
(1)複数の前記バッテリセル3の間に前記セパレータ4を夫々配置する。
そして、バッテリセル3の積層方向両端に一対のエンドプレート5a、5bを配置して前記バッテリモジュール2を構成する(図1(a)参照。)。
(2)一対のエンドプレート5a、5bの四隅に形成した前記凹部15に前記締結部材7の台座部14を嵌め込む(図1(a)及び(b)参照。)。
(3)一対のエンドプレート5a、5bに前記治具を当てて、この治具で複数の前記バッテリセル3及び前記セパレータ4をその積層方向中央に向けて矢印B方向に押し付ける(図1(b)参照。)。
このとき、前記治具で押し付けることで、前記バッテリモジュール2の一対のエンドプレート5a、5b間の隙間が縮んだり、この隙間に配置される前記セパレータ4などが弾性変形したりして、一対のエンドプレート5a、5b間の全長が収縮する。
そして、上記治具によって一対のエンドプレート5a、5b間の全長が圧縮されるため、一方のエンドプレート5aに取り付けられた前記締結部材7の突出部9の先端部11から他方のエンドプレート5bに取り付けられた締結部材の突出部の先端部までの長さ寸法が「L1−L2」となり、前記拘束バンド6の内側寸法「L3」よりも全長寸法を小さくすることができる。
つまり、前記治具で一対のエンドプレート5a、5b間を押し付けないと、一方のエンドプレート5aに取り付けられた締結部材7の突出部9の先端部11から他方のエンドプレート5bに取り付けられた締結部材の突出部の先端部までの長さ寸法は「L1」となり、前記拘束バンド6の内側寸法「L3」よりも大きくなっている。
しかし、前記治具で一対のエンドプレート5a、5b間を押し付けることで、一方のエンドプレート5aに取り付けられた締結部材7の突出部9の先端部11から他方のエンドプレート5bに取り付けられた締結部材の突出部の先端部までの長さ寸法は「L1−L2」となるため、前記拘束バンド6の内側寸法「L3」よりも小さくなる。
(4)そして、前記治具で抑圧を負荷された状態で、一対のエンドプレート5a、5bの外側に前記拘束バンド6を取り付ける。
つまり、一対のエンドプレート5a、5bに嵌合させた前記締結部材7の突出部9の先端部11を前記拘束バンド6の前記取付孔10の近傍に位置させ、前記治具による押し付け力を解除する。
すると、収縮状態が開放され、前記セパレータ4の形状復帰によって一対の前記エンドプレート5a、5b間の寸法を「L1−L2」まで減少させた寸法が図1(c)の矢印C方向に増加し、前記拘束バンド6の内側寸法「L3」に近づくことによって、前記拘束バンド6の前記取付孔10に前記締結部材7の突出部9の先端部11が挿入される。
そして、一対の前記エンドプレート5a、5b間の寸法が前記拘束バンド6の内側寸法「L3」まで増加すると、一対の前記エンドプレート5a、5bが前記拘束バンド6の内側寸法「L3」に収納される(図1(c)参照。)。
(5)その後、前記締結部材7の突出部9の先端部11に対して、図1(d)に矢印Bで示す如く、前記バッテリモジュール2の外側から工具(図示せず)を用いて抑圧し加熱する。
そして、前記突出部9の先端部11に塑性変形を加え、突出部9に前記取付孔10の径寸法より大きく、旦つ、前記拘束バンド6の表面に装着する前記スカート部12が形成される。
このスカート部12を介して前記拘束バンド6を前記エンドプレート5a、5bに締結する(図1(d)及び図3、図4参照。)。
If it adds, the assembly procedure of the said
(1) The
Then, a pair of
(2) The
(3) The jig is applied to a pair of
At this time, by pressing with the jig, the gap between the pair of
And since the full length between a pair of
In other words, if the jig is not pressed between the pair of
However, by pressing between the pair of
(4) Then, the restraining
That is, the
Then, the contracted state is released, and the dimension obtained by reducing the dimension between the pair of
When the dimension between the pair of
(5) Thereafter, the
Then, plastic deformation is applied to the
The
図6はこの発明の第2実施例を示すものである。
この第2実施例において、上述第1実施例のものと同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。
FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, portions that perform the same functions as those of the first embodiment will be described with the same reference numerals.
この第2実施例の特徴とするところは、一対の前記エンドプレート5a、5bの外側に締結部材21を取り付ける際に、接着剤などを使用する構成とした点にある。
The feature of the second embodiment is that an adhesive or the like is used when attaching the
すなわち、前記締結部材21を、図6に示す如く、突出部22と、この突出部22に装着する金属製の台座部23とによって形成する。
そして、接着剤を使用して一対の前記エンドプレート5a、5bの外側に前記締結部材21の台座部23を取り付けるものである。
That is, the
And the
さすれば、上記構造とすることで、上述第1実施例と同様に、前記締結部材21の前記突出部22を押圧し加熱したとしても、突出部22に加わった熱が金属製の前記台座部23によって前記エンドプレート5a、5bに直接伝達されるのを抑制できる。また、これらのエンドプレート5a、5bから前記バッテリセルへ高熱が伝わるのを抑制できる。これによって、エンドプレート5a、5bの熱変形やバッテリセルへの熱害を防止して、上述第1実施例と同様に、前記バッテリモジュールの寿命が低下するのを防止でき、バッテリモジュールの高出力を維持して、高い信頼性を確保できる。
また、上記構造とすることで、上述第1実施例と同様に、前記締結部材21をエンドプレート5a、5bに固定できる。
更に、前記拘束バンドの締結後に、万一、一対の前記エンドプレート5a、5bの外側と前記締結部材21の台座部23との取付部位の接着状態が低下し、分離するような状況が発生しても、複数の前記バッテリセルが前記拘束バンドによって堅固に締結されているため、前記バッテリモジュールが個々のバッテリセルに分解される恐れはないものである。
If it is said, even if it presses and heats the said
Further, with the above structure, the
Furthermore, after the restraint band is fastened, the bonding state between the outside of the pair of
1 バッテリパック
2 車両用バッテリモジュール
3 バッテリセル
4 セパレータ
5a、5b 一対のエンドプレート
6 拘束バンド
7 締結部材
8 載置台
9 突出部
10 取付孔
11 突出部の先端部
12 スカート部
13 突出部の基部
14 台座部
15 凹部
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