JP2010205442A - 電池モジュール保持部材、組電池、組電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池の製造コストを低減し得る電池モジュール保持部材、安価な組電池、および、自動化が容易な組電池の製造方法を提供する。
【解決手段】二次電池をケース内に収容してなる電池モジュール１２０を複数積重ねて形成される電池スタックを有する組電池に適用される電池モジュール保持部材１４０であって、電池モジュール１２０の積重ね方向Ｓに離間して複数配置され、電池モジュール１２０を保持する受け面１５０と、受け面１５０による電池モジュール１２０の保持後において、積重ね方向Ｓに関する受け面間の距離を縮小し得る収縮自在の変形部１５２と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電池モジュール保持部材、組電池、組電池の製造方法に関する。

自動車や電車などの車両の駆動用電源として利用される組電池は、単電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数有し、前記電池モジュールは、適宜積層され、拘束されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−２８６６０２号公報

しかし、電池モジュールは、積層前にそれぞれスペーサ（電池モジュール保持部材）をセットする必要があるため、自動化が容易ではなく、生産性を向上させることが困難である。また、電池モジュール毎に専用のスペーサを要し、部品点数が多いため、部品コストを低減することも難しく、製造コストに問題を有している。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、組電池の製造コストを低減し得る電池モジュール保持部材、安価な組電池、および、自動化が容易な組電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一様相は、二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積重ねて形成される電池スタックを有する組電池に適用される電池モジュール保持部材である。そして、前記電池モジュール保持部材は、前記電池モジュールの積重ね方向に離間して複数配置され、前記電池モジュールを保持する受け面と、前記受け面による前記電池モジュールの保持後において、前記積重ね方向に関する受け面間の距離を縮小し得る収縮自在の変形部と、を有する。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、前記電池モジュール保持部材によって保持された電池モジュールを複数積重ねて形成される電池スタックを有する組電池であり、前記電池モジュール保持部材の変形部は、前記積重ね方向に収縮することで、前記積重ね方向に関する受け面間の距離が縮小している。

上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積重ねて形成される電池スタックを有する組電池の製造方法であって、複数の電池モジュールを、電池モジュール保持部材にセットするセット工程と、
前記電池モジュール保持部材がセットされた前記電池モジュールに対して、積重ね方向の押圧力を付与する圧縮工程と、を有する。そして、前記セット工程において、前記電池モジュールの積重ね方向に離間して複数配置される前記電池モジュール保持部材の受け面によって、前記電池モジュールを保持し、前記圧縮工程において、前記積重ね方向に付与される押圧力により、前記電池モジュール保持部材の変形部を収縮させることによって、前記電池モジュール間の距離を縮小させる。

本発明の一様相に係る電池モジュール保持部材によれば、電池モジュール保持部材は、複数の電池モジュールを一括してセットすることが可能であり、電池モジュール毎に用意する必要がないため、部品点数を削減することで、組電池の部品コストが抑制される。また、電池モジュールを電池モジュール保持部材にセットする際、受け面間の距離は大きく、セットされる電池モジュール同士による干渉が抑制される。そのため、セット動作が簡単であり、自動化が容易であるため、生産性を向上させることで、組電池の製造コストを低減することが可能である。なお、セット動作後、変形部を収縮させることで、受け面間の距離は縮小するため、組電池の構成に対する影響は抑制される。したがって、組電池の製造コストを低減し得る電池モジュール保持部材を提供することができる。

本発明の別の一様相に係る組電池によれば、組電池の製造コストを低減し得る電池モジュール保持部材を有しており、安価とすることが可能である。つまり、安価な組電池を提供することができる。

本発明の別の一様相に係る組電池の製造方法によれば、電池モジュールをセットする際、受け面間の距離は大きく、セットされる電池モジュール同士による干渉が抑制される。そのため、セット動作が簡単であり、自動化が容易であり、かつ、変形部は、後工程において収縮させられるため、組電池の構成に対する影響は抑制される。つまり、自動化が容易な組電池の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る組電池を説明するための斜視図である。 図１に示される組電池が有する電池スタックを説明するための断面図である。 図２に示される電池モジュールのケースを説明するための斜視図である。 図３に示される電池モジュールのケースに収容される二次電池を説明するための斜視図である。 図１に示されるスペーサを説明するための平面図である。 図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図である。 本発明の実施の形態に係る組電池の製造方法を説明するための断面図であり、スペーサに対する電池モジュールのセット開始を示している。 本発明の実施の形態に係る組電池の製造方法を説明するための断面図であり、スペーサに対する電池モジュールのセット完了を示している。 本発明の実施の形態に係る組電池の製造方法を説明するための断面図であり、スペーサの圧縮を示している。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る組電池を説明するための斜視図である。

図１に示される組電池１００は、電池モジュールを複数積重ねて形成される電池スタックを有し、自動車や電車などの車両の車体中央部の座席下に搭載され、駆動用電源として利用される。車両は、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などの移動体である。組電池１００を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部や、車両前方のエンジンルーム、後部ラゲッジスペース、センターコンソールなどを利用することも可能である。

組電池１００は、後述するように、その製造コストを低減し得るスペーサ（電池モジュール保持部材）を有しており、安価となっている。また、組電池１００は、冷却風を組電池内部に導入するためのダクトが取付けられる吸気口１０２、および、組電池内部に形成される通路を循環した冷却風を排出するためのダクトが取付けられる排気口１０４を有する。

図２は、図１に示される組電池が有する電池スタックを説明するための断面図である。

組電池１００の電池スタック１１０は、図２に示されるように、電池モジュール１２０、スペーサ１４０、冷却風通路１６０およびエンドプレート１７０を有する。

電池モジュール１２０は、二次電池をケース内に収容しており、所定間隔で複数積重ねられている。電池モジュール１２０の積層数は、組電池１００として必要とする出力特性（電圧および容量）を考慮し、適宜設定される。

スペーサ１４０は、下スペーサ１４０Ａおよび上スペーサ１４０Ｂからなり、複数の電池モジュール１２０を一括して保持している。なお、符号１５２は、スペーサ１４０の収縮自在の変形部であり、積重ね方向Ｓに収縮している。冷却風通路１６０は、電池モジュール間の隙間によって構成され、吸気口１０２および排気口１０４に連通しており、導入される冷却風によって、電池モジュール１２０を冷却し、二次電池において発生する熱を除去することが可能である。

エンドプレート１７０は、前エンドプレート１７０Ａおよび後エンドプレート１７０Ｂからなり、積重ねられている電池モジュール１２０を拘束するために使用される。エンドプレート１７０による電池モジュール１２０の拘束機構は、例えば、通しボルトを適用することが可能であるが、特に限定されない。

図３は、図２に示される電池モジュールのケースを説明するための斜視図である。

電池スタック１１０が有する電池モジュール１２０は、箱形状を成すロアケース１２３および蓋形状を成すアッパーケース１２４からなるケース１２２を有する。アッパーケース１２４の縁部は、カシメ加工によって、ロアケース１２３の周壁の縁部に巻き締められており、積重ね方向に突出した突起部１２５を有する。

ロアケース１２３およびアッパーケース１２４は、比較的薄肉の鋼板またはアルミニウム板から形成される。鋼やアルミニウムなどの金属材料は、良好な剛性を有するため、必要な剛性を確保しつつ小型軽量化および低騒音化を図り、また、良好な熱伝導率を有するため、冷却性能および温度制御性を向上させることで、低燃費化および長寿命化を図ることが可能である。

ケース１２２の内部には、スリーブ１２６および二次電池１３０が収容されている。スリーブ１２６は、ケース１２２の４隅に配置されており、ケース１２２の補強部材として機能し、電池スタックを締結するための締結力を受けるために使用される。なお、符号１２８は、緩衝材である。

図４は、図３に示される電池モジュールのケースに収容される二次電池を説明するための斜視図である。

電池モジュール１２０に収容される二次電池１３０は、扁平型のリチウムイオン二次電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した発電要素を有する。発電要素は、ラミネートフィルムなどの外装材１３２によって封止されている。二次電池１３０は、外装材１３２から外部に導出される板状の電極タブ１３４，１３６を有する。電極タブ１３４は、プラス側であり、電極タブ１３６は、マイナス側である。符号１３８は、二次電池１３０の発電領域を示している。

リチウムイオン二次電池は、小型かつ高性能（高出力および長寿命）であるため、組電池を小型化してスペース効率を向上させたり、高性能化したりすることができるため、好ましい。二次電池１３０の収容数は、電池モジュール１２０として必要とする出力特性（電圧および容量）を考慮し、適宜設定される。なお、最外層に位置する二次電池１３０の発電領域１３８は、ロアケース１２３およびアッパーケース１２４の内面と当接している。

次に、スペーサを詳述する。

図５は、図１に示されるスペーサを説明するための平面図、図６は、図５の線ＶＩ−ＶＩに関する断面図である。

スペーサ１４０（下スペーサ１４０Ａ，上スペーサ１４０Ｂ）は、樹脂材料（例えば、ＡＢＳやポリプロピレン）から形成され、積重ね方向Ｓに延長する側方リブ１４２，１４４と、積重ね方向Ｓに対し直角方向に延長する連結リブ１４６，１４８とを有する。側方リブ１４２，１４４は、受け面１５０、変形部１５２および間隔保持部１５４を有する。連結リブ１４６，１４８は、側方リブ１４２，１４４の端部を連結しており、枠状構造を形成している。側方リブ１４２，１４４は、電池モジュール周壁の縁部近傍に位置し、二次電池の発電領域に相対する電池モジュールケース部位から離間して配置される。そのため、電池モジュール間の隙間によって構成される冷却風通路１６０（図２参照）に対する影響が少なく、ケース壁部を介した二次電池と冷却風との間の熱交換を阻害することがない。

受け面１５０は、電池モジュール１２０を保持するために使用され、電池モジュール１２０の積重ね方向Ｓに離間して複数配置される。受け面１５０の形状は、電池モジュール１２０の側面形状と対応しており、電池モジュール１２０のケース１２２の突起部１２５が挿入される凹部１５１を有する。したがって、突起部１２５を、凹部１５１に挿入することで、電池モジュール１２０を位置決めすることができる。変形部１５２は、積重ね方向Ｓに関し、略Ｖ字状断面を有し、収縮自在であり、積重ね方向Ｓに関する受け面間の距離を縮小するために使用される。

スペーサ１４０は、複数の電池モジュール１２０を一括してセットすることが可能であり、電池モジュール毎に用意する必要がないため、部品点数を削減することで、組電池の部品コストが抑制される。また、電池モジュール１２０をスペーサ１４０にセットする際、受け面間の距離は大きく、セットされる電池モジュール同士による干渉が抑制される。そのため、セット動作が簡単であり、自動化が容易であるため、生産性を向上させることで、組電池の製造コストを低減することが可能である。なお、セット動作後、変形部１５２を収縮させることで、受け面間の距離は縮小する、組電池の構成に対する影響は抑制される。

変形部１５２は、受け面間の中間部位に配置されており、変形部１５２が収縮する際、受け面１５０に保持されている電池モジュール１２０の位置ずれの発生を抑制することができる。変形部１５２は、少なくとも収縮自在であれば、その材質および形状は、特に限定されず、例えば、塑性変形および弾性変形する形態を適用することが可能である。

間隔保持部１５４は、変形部１５２を収縮させるために付与される押圧力に対抗し得る剛性を有し、変形部１５２を収縮させた状態において、電池モジュール間の隙間を一定に維持するために使用される。電池モジュール間の隙間は、上記のように、電池モジュール１２０を冷却するための冷却風通路１６０（図２参照）を構成する。したがって、変形部１５２が収縮していても、冷却風通路１６０を確保することが可能である。

間隔保持部１５４は、受け面間の中間部位に配置され、受け面１５０によって保持される電池モジュール１２０と当接するように位置決めされている。また、間隔保持部１５４の厚みＴは、積重ね方向Ｓに関し、収縮前の変形部１５２の厚みＷ_０より小さくかつ、収縮後の変形部１５２の厚みより大きくなるように設定されている。これにより、収縮後の変形部１５２は、間隔保持部１５４によって一定に維持される電池モジュール間の隙間に収容されるため、変形部１５２の存在による組電池の構成に対する影響は、抑制される。つまり、組電池のコンパクト化を図ることができる。

なお、変形部１５２は、上記のように、略Ｖ字状断面を有しており、折り畳むことにより収縮し、その厚みが一定に保たれるため、収縮前の変形部１５２の厚みを十分に確保しつつ、収縮後の変形部１５２の厚みが最小化される。これにより、間隔保持部１５４の厚みを最小化し、電池スタック（組電池）をコンパクト化することができる。

次に、組電池の製造方法を説明する。

図７は、スペーサに対する電池モジュールのセット開始を説明するための断面図、図８は、スペーサに対する電池モジュールのセット完了をを説明するための断面図、図９は、スペーサの圧縮をを説明するための断面図である。

本製造方法は、複数の電池モジュール１２０を、スペーサ１４０（下スペーサ１４０Ａ，上スペーサ１４０Ｂ）にセットするセット工程と、スペーサ１４０がセットされた電池モジュール１２０に対して、積重ね方向Ｓの押圧力を付与する圧縮工程と、を有する。

セット工程においては、図７に示されるように、下スペーサ１４０Ａの受け面１５０に、電池モジュール１２０の側面が、順次配置される。これにより、電池モジュール１２０のケース１２２の突起部１２５が、下スペーサ１４０Ａの凹部１５１に挿入され、電池モジュール１２０の下部が位置決めされる。

この際、下スペーサ１４０Ａの変形部１５２は、受け面間の中間部位に位置しかつ収縮しておらず、受け面間の距離は十分大きく、電池モジュール同士による干渉が抑制される。そのため、電池モジュール１２０のセット動作を、複雑に制御し、セット済みの電池モジュール１２０との干渉を避けることが不要である。例えば、下スペーサ１４０Ａの受け面１５０に向かって直線的に電池モジュールを降下させる簡単なセット動作によって、下スペーサ１４０Ａの受け面１５０によって電池モジュール１２０を保持することが可能であり、自動化が容易である。つまり、自動化が容易な組電池の製造方法を提供することができる。

そして、下スペーサ１４０Ａの受け面１５０の全てに、電池モジュール１２０がセットされると、図８に示されるように、上スペーサ１４０Ｂが、電池モジュール１２０にセットされる。これにより、上スペーサ１４０Ｂの受け面１５０に、電池モジュール１２０の上方の側面が、挿入される。これにより、電池モジュール１２０のケース１２２の突起部１２５が、上スペーサ１４０Ｂの凹部１５１に挿入され、電池モジュール１２０の上部が位置決めされる。

圧縮工程においては、スペーサ１４０がセットされた電池モジュール１２０に、エンドプレート１７０（前エンドプレート１７０Ａおよび後エンドプレート１７０Ｂ）が、配置され、図９に示されるような圧縮装置１８０に載置される。

圧縮装置１８０は、支持ベース１８２、押圧プレート１８４およびアクチュエータ１８６を有する。支持ベース１８２は、固定式であり、前エンドプレート１７０Ａが当接するように位置決めされる。押圧プレート１８４は、積重ね方向Ｓにスライド自在に配置され、後エンドプレート１７０Ｂが当接するように位置決めされる。アクチュエータ１８６は、押圧プレート１８４に押圧力を付与するために使用される駆動源であり、例えば、空圧シリンダや、サーボモータを有する。

そして、アクチュエータ１８６が駆動され、押圧プレート１８４を支持ベース１８２に向かってスライド移動させることにより、積重ね方向Ｓに押圧力を付与し、スペーサ１４０の変形部１５２を収縮させる。これにより、収縮後の変形部１５２の厚みＷ_１は、収縮前の変形部１５２の厚みＷ_０（図７参照）より小さくなり、電池モジュール間の隙間が適正な値となる。つまり、変形部１５２は、後工程において収縮させられるため、組電池の構成に対する影響は抑制される。また、変形部１５２は、受け面間の中間部位に配置されているため、変形部１５２が収縮する際、受け面１５０によって保持される電池モジュール１２０の位置ずれの発生を抑制することができる。

その後、前エンドプレート１７０Ａおよび後エンドプレート１７０Ｂを締結することで、前エンドプレートと後エンドプレートとの間に挟まれる電池スタックを拘束し、組電池に組み込まれる。

以上のように、本発明の実施の形態に係るスペーサおいては、複数の電池モジュールを一括してセットすることが可能であり、電池モジュール毎に用意する必要がないため、部品点数を削減することで、組電池の部品コストが抑制される。また、電池モジュールをスペーサにセットする際、受け面間の距離は大きく、セットされる電池モジュール同士による干渉が抑制される。そのため、セット動作が簡単であり、自動化が容易であるため、生産性を向上させることで、組電池の製造コストを低減することが可能である。なお、セット動作後、変形部を収縮させることで、受け面間の距離は縮小するため、組電池の構成に対する影響は抑制される。したがって、組電池の製造コストを低減し得るスペーサを提供することができる。

変形部を収縮させた状態において、電池モジュール間の隙間を一定に維持するための間隔保持部を、さらに有するため、変形部が収縮していても、電池モジュール間の隙間によって構成される冷却風通路を確保することが可能である。

変形部は、受け面間の中間部位に配置されており、変形部が収縮する際、受け面によって保持されている電池モジュールの位置ずれの発生を抑制することができる。

収縮後の変形部は、間隔保持部によって一定に維持される電池モジュール間の隙間に収容されるため、変形部の存在による組電池の構成に対する影響は、抑制される。つまり、組電池のコンパクト化を図ることができる。

変形部は、積重ね方向に関し、略Ｖ字状断面を有し、折り畳むことにより収縮し、その厚みが一定に保たれるため、収縮前の変形部の厚みを十分に確保しつつ、収縮後の変形部の厚みが最小化される。これにより、間隔保持部の厚みを最小化し、電池スタック（組電池）をコンパクト化することができる。

受け面は、電池モジュールのケースの突起部が挿入される凹部を有するため、受け面によって電池モジュールを保持する際、電池モジュールのケースの突起部を、受け面の凹部に挿入することで、電池モジュールを位置決めすることができる。

また、本発明の実施の形態に係る組電池おいては、組電池の製造コストを低減し得る前記スペーサを有しており、安価とすることが可能である。つまり、安価な組電池を提供することができる。

さらに、本発明の実施の形態に係る組電池の製造方法おいては、電池モジュールをセットする際、受け面間の距離は大きく、セットされる電池モジュール同士による干渉が抑制される。そのため、セット動作が簡単であり、自動化が容易であり、かつ、変形部は、後工程において収縮させられるため、組電池の構成に対する影響は抑制される。つまり、自動化が容易な組電池の製造方法を提供することができる。

セット工程において、変形部を受け面間の中間部位に配置しているため、圧縮工程における変形部が収縮する際、受け面によって保持されている電池モジュールの位置ずれの発生が抑制される。

また、セット工程において、受け面によって電池モジュールを保持する際、電池モジュールのケースの突起部を、受け面の凹部に挿入するため、電池モジュールを位置決めすることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、組電池の用途は、車両の駆動用電源に限定されず、定置用、非常用、レジャーや工事用電源などの屋外用に適用することも可能である。また、二次電池は、リチウムイオン二次電池に限定されず、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池を、適用することも可能である。

１００ 組電池、
１０２ 吸気口、
１０４ 排気口、
１１０ 電池スタック、
１２０ 電池モジュール、
１２２ ケース、
１２３ ロアケース、
１２４ アッパーケース、
１２５ 突起部、
１２６ スリーブ、
１２８ 緩衝材、
１３０ 二次電池、
１３２ 外装材、
１３４，１３６ 電極タブ、
１３８ 発電領域、
１４０ スペーサ（電池モジュール保持部材）、
１４０Ａ 下スペーサ、
１４０Ｂ 上スペーサ、
１４２，１４４ 側方リブ、
１４６，１４８ 連結リブ、
１５０ 受け面、
１５１ 凹部
１５２ 変形部、
１５４ 間隔保持部、
１６０ 冷却風通路、
１７０ エンドプレート、
１７０Ａ 前エンドプレート、
１７０Ｂ 後エンドプレート、
１８０ 圧縮装置、
１８２ 支持ベース、
１８４ 押圧プレート、
１８６ アクチュエータ、
Ｓ 積重ね方向、
Ｔ 間隔保持部の厚み、
Ｗ_０ 収縮前の変形部の厚み、
Ｗ_１ 収縮後の変形部の厚み。

Claims (10)

1. 二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積重ねて形成される電池スタックを有する組電池に適用される電池モジュール保持部材であって、
   前記電池モジュールの積重ね方向に離間して複数配置され、前記電池モジュールを保持する受け面と、
   前記受け面による前記電池モジュールの保持後において、前記積重ね方向に関する受け面間の距離を縮小し得る収縮自在の変形部と、
   を有することを特徴とする電池モジュール保持部材。
2. 前記変形部を収縮させた状態において、前記電池モジュール間の隙間を一定に維持するための間隔保持部を、さらに有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール保持部材。
3. 前記変形部は、前記受け面間の中間部位に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池モジュール保持部材。
4. 前記間隔保持部は、前記受け面間の中間部位に配置され、前記電池モジュールと当接するように位置決めされており、
   前記間隔保持部の厚みは、前記積重ね方向に関し、収縮前の前記変形部の厚みより小さくかつ、収縮後の前記変形部の厚みより大きい
   ことを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール保持部材。
5. 前記変形部は、前記積重ね方向に関し、略Ｖ字状断面を有することを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール保持部材。
6. 前記電池モジュールのケースは、箱形状を成すロアケースおよび蓋形状を成すアッパーケースからなり、前記アッパーケースは、前記ロアケースの周壁の縁部に巻き締められて形成される突起部を有しており、
   前記受け面は、前記突起部が挿入される凹部を有する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池モジュール保持部材。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池モジュール保持部材によって保持された電池モジュールを複数積重ねて形成される電池スタックを有し、
   前記電池モジュール保持部材の変形部は、前記積重ね方向に収縮することで、前記積重ね方向に関する受け面間の距離が縮小している
   ことを特徴とする組電池。
8. 二次電池をケース内に収容してなる電池モジュールを複数積重ねて形成される電池スタックを有する組電池の製造方法であって、
   複数の電池モジュールを、電池モジュール保持部材にセットするセット工程と、
   前記電池モジュール保持部材がセットされた前記電池モジュールに対して、積重ね方向の押圧力を付与する圧縮工程と、を有し、
   前記セット工程において、
   前記電池モジュールの積重ね方向に離間して複数配置される前記電池モジュール保持部材の受け面によって、前記電池モジュールを保持し、
   前記圧縮工程において、
   前記積重ね方向に付与される押圧力により、前記電池モジュール保持部材の変形部を収縮させることによって、前記電池モジュール間の距離を縮小させる
   ことを特徴とする組電池の製造方法。
9. 前記セット工程において、前記変形部を、前記受け面間の中間部位に配置する
   ことを特徴とする請求項８に記載の組電池の製造方法。
10. 前記電池モジュールのケースは、箱形状を成すロアケースおよび蓋形状を成すアッパーケースからなり、前記アッパーケースは、前記ロアケースの周壁の縁部に巻き締められて形成される突起部を有しており、
    前記セット工程において、前記受け面によって前記電池モジュールを保持する際、前記突起部を、前記受け面の凹部に挿入する
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の組電池の製造方法。

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