JP2012146483A - 電池収容ケースの製造方法及び組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池に加えられる押圧力のバラツキを低減することを目的とする。
【解決手段】電池を収容する電池収容ケースの内面に電池の外面に対向する対向面を備えたリブを形成することにより、電池の外面に沿って流れる冷却風の導通路を形成する電池収容ケースの製造方法であって、電池収容ケースは、第１及び第２の電池収容ケースからなり、第１の電池収容ケースは、中央部から導通路の一端部に向かって対向面がケースの内面から漸次離間する第１のテーパ面により形成された第１のリブ部を備え、第２の電池収容ケースは、中央部から導通路の他端部に向かって対向面がケースの内面から漸次離間する第２のテーパ面により形成された第２のリブ部を備え、第１のテーパ面を抜き勾配として第１の電池収容ケースを金型から抜き出し、第２のテーパ面を抜き勾配として前記第２の電池収容ケースを金型から抜き出す。
【選択図】図７

Description

本発明は、電池を収容する電池収容ケースの製造方法などに関する。

充放電可能な二次電池を動力源として搭載したハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）が知られている。ハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる車両用二次電池として、互いに電気的に接続される複数の単電池を一方向に配列した組電池が用いられる。この種の組電池には、隣接する単電池の間に冷却風を導通させるためのリブが配置されている。また、この種の組電池には、単電池の配列方向に組電池を拘束するための拘束部材が設けられている。

特許文献１には、単電池を一方向に配列して単電池の集合体である組電池とするための箱状のケースが開示されている。このケースは、内部が隔壁（スペーサ）によって区切られ、隔壁によって区切られた各空間に、単電池が挿入される。そして、これらの単電池を電気的に接続することにより、組電池が構成される。

特開２０１０−０８０４５０号公報 特開２００５−２５９５００号公報 特開２０１０−９７８７２号公報

しかしながら、充放電時に発電要素の温度が上昇することにより、単電池のケースは膨張する。ここで、単電池が扁平状のケースに発電要素を収容した、いわゆる角型電池である場合、ケースの中央部分は相対的に大きく膨張し、中央部分から離れた周辺部分は相対的に小さく膨張する。このため、前記中央部分及び前記周辺部分において、リブから受ける押圧力のバラツキが大きくなるおそれがある。押圧力のバラツキが大きくなると、単電池の充放電性能が低下する。

そこで、本発明は、電池に加えられる押圧力のバラツキを低減することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る電池収容ケースの製造方法は、（１）電池を収容する該電池収容ケースの内面に前記電池の外面に対向する対向面を備えたリブを形成することにより、前記電池の外面に沿って流れる冷却風の導通路を形成する電池収容ケースの製造方法であって、前記電池収容ケースは、冷却風の導通方向における前記導通路の中央部に対応した分割位置で分割される一対の第１及び第２の電池収容ケースからなり、前記第１の電池収容ケースは、前記中央部から前記導通路の一端部に向かって前記対向面が前記ケースの内面から漸次離間する第１のテーパ面により形成された第１のリブ部を備え、前記第２の電池収容ケースは、前記中央部から前記導通路の他端部に向かって前記対向面が前記ケースの内面から漸次離間する第２のテーパ面により形成された第２のリブ部を備え、前記第１のテーパ面を抜き勾配として前記第１の電池収容ケースを金型から抜き出す第１の工程と、前記第２のテーパ面を抜き勾配として前記第２の電池収容ケースを金型から抜き出す第２の工程と、を有する。

（２）上記（１）の構成における前記第１及び第２の工程において、前記第１及び第２の電池収容ケースを射出成型法により製造することができる。抜き勾配を設けることが成型上のメリットとされる射出成型法により、電池に対する押圧力のバラツキが小さい電池収容ケースを簡易に製造することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記リブは、前記電池収容ケースの前記内面に複数形成することができる。（３）の構成によれば、隣接するリブの間を流れる冷却風の導通経路とともに、個々の電池に対する押圧力のバラツキを抑制する抑制構造を得ることができる。

上記課題を解決するために、本願発明に係る組電池は、（４）複数の単電池を個々に収容する電池収容ケースを備えた組電池であって、前記電池収容ケースの内面には、前記電池収容ケースに収容される前記単電池の外面に沿って冷却風を導通させる導通路を形成するリブが形成されており、前記リブは、前記冷却風の導通方向における前記導通路の中央部に位置する第１のリブ部と、前記第１のリブ部よりも前記導通路の端部側に位置する第２のリブ部とを備え、前記第１のリブ部は前記第２のリブ部よりも前記電池収容ケース内における前記単電池の外面から離間していることを特徴とする。

（５）上記（４）の構成において、前記単電池は一方向に配列されており、これらの前記単電池を前記一方向に拘束する拘束部材を有し、前記電池収容ケースには、公差を吸収する公差吸収部が形成されている。（５）の構成によれば、電池収容ケースの公差を吸収することが可能となり、組電池の長さ、或いは拘束部材による拘束圧の調整が容易となる。

（６）上記（５）の構成において、前記公差吸収部は、前記電池収容ケースの前記導通方向における端部に位置し、前記電池収容ケースの外側方向に凸状に屈曲する先細り形状に形成することができる。（６）の構成によれば、簡易な構成で電池収容ケースの公差を吸収することができる。

（７）上記（４）乃至（６）の構成において、前記リブは、前記電池収容ケースの内面に複数形成することができる。（７）の構成によれば、隣接するリブの間を流れる冷却風の導通経路とともに単電池に対する押圧力のバラツキを抑制する抑制構造を得ることができる。

（８）上記（４）乃至（７）の構成において、前記電池収容ケースは、互いに平行な一対の第１の内面と、前記第１の内面に対して直交し、前記第１の内面よりも面積が小さい一対の第２の内面とを備え、前記リブは、前記第１の内面に形成することができる。（８）の構成によれば、膨張量のバラツキが特に大きい単電池の外面に対してリブが対向配置されるため、より効果的に押圧力のバラツキを抑制できる。

蓄電装置の斜視図である。 蓄電装置の組電池を収容する電池収容ケースの分解斜視図である。 図１に示す蓄電装置のＸ矢視図である。 蓄電装置を図３に示すＡ−Ａ面で切断した断面図であり、電池未使用時の状態を示している。 蓄電装置を図３に示すＡ−Ａ面で切断した断面図であり、電池使用時の状態を示している。 第１の電池収容ケースの射出成型方法を模式的に示す模式図であり、金型に樹脂を充填する充填時の状態を示している。 第１の電池収容ケースの射出成型方法を模式的に示す模式図であり、金型を抜き出す抜き出し時の状態を示している。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の蓄電装置の斜視図である。図２は、蓄電装置の組電池を収容する電池収容ケースの分解斜視図である。図３は、図１に示す蓄電装置のＸ矢視図である。図４は、蓄電装置を図３に示すＡ−Ａ面で切断した断面図であり、単電池の膨張前の状態を示す。図５は、蓄電装置を図３に示すＡ−Ａ面で切断した断面図であり、単電池の膨張時の状態を示す。ここで、図１から図５において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する三軸であり、Ｚ軸は、鉛直方向に相当する軸である。

本実施形態の蓄電装置１は、ハイブリッド自動車や電気自動車の電源として用いられる車両用二次電池である。ハイブリッド自動車は、車両を走行させるための動力源として、蓄電装置１の他に、内燃機関又は燃料電池を備える車両である。また、電気自動車は、車両の動力源として、蓄電装置１だけを備える車両である。蓄電装置１は、車両の制動時に発生する回生エネルギを回生電力として蓄えたり、車両の外部から供給された電力を蓄電したりすることができる。

蓄電装置１は、組電池２と、組電池２のＸ軸方向の両端部に位置する図示しないエンドプレートと、これらのエンドプレートを接続することにより組電池２をＸ軸方向に拘束する図示しない拘束バンドとを備える。当該拘束バンドが当該エンドプレートに接続されることにより、組電池２はＸ軸方向に圧縮される。組電池２は、複数の単電池４と、個々の単電池４を収容する電池収容ケース１０とを含む。複数の単電池４は、Ｘ軸方向に配列されており、図示しないバスバーにより電気的に直列に接続されている。

図４を参照して、単電池４は、互いに平行な一対の電池広外面４１と、電池広外面４１に対して直交し、電池広外面４１よりも面積が小さい一対の電池狭外面４２とから構成されるいわゆる角型ケース４０を備え、この角型ケース４０の内部には図示しない電解液及び発電要素が収容されている。なお、図５に示す充放電状態では、単電池４が充放電することによって発熱しているため、一対の電池広外面４１は平行ではなくＸ軸方向に熱膨張している。

図１及び図３を参照して、単電池４は、電池収容ケース１０の外部に露出した正極端子４ａ及び負極端子４ｂを備える。正極端子４ａ及び負極端子４ｂはそれぞれ発電要素の正極体及び負極体に対してリード線を介して接続されている。単電池４は、リチウムイオン電池、或いはニッケル水素電池であってもよい。

次に、図４を参照しながら、電池収容ケース１０について詳細に説明する。電池収容ケース１０は、一対の第１の電池収容ケース１２及び第２の電池収容ケース１４から構成される。第１の電池収容ケース１２の下端面と第２の電池収容ケース１４の上端面は互いに接触しており、分離位置Ｄにおいて互いに分離可能である。第１の電池収容ケース１２は角型ケース４０の上側半分を覆い、第２の電池収容ケース１４は角型ケース４０の下側半分を覆っている。すなわち、第１の電池収容ケース１２及び第２の電池収容ケース１４の分離位置Ｄは、電池広外面４１の上下方向（Ｚ軸方向）における中央に位置する。

第１の電池収容ケース１２の内面（第１の内面）には上下方向に延びる第１のリブ部１６ａが形成されており、第２の電池収容ケース１４の内面には上下方向に延びる第２のリブ部１６ｂが形成されている。電池収容ケース１０の組立状態において、第１のリブ１６ｂ及び第２のリブ部１６ｂは上下方向に隙間なく延びる一つのリブ１６を形成する。電池収容ケース１０は、樹脂であってもよい。樹脂は、充放電する単電池４から熱を受けるため、耐熱樹脂であってもよい。

図２を参照して、リブ１６は、電池収容ケース１０の内面に複数設けられており、これらのリブ１６は、単電池４の幅方向、つまり、Ｙ軸方向に並んで形成されている。Ｙ軸方向に隣接するリブ１６の間には、冷却風の導通路が形成される。本実施形態では、導通路内に供給された冷却風が電池広外面４１に沿って下方に流れるようになっている。

これにより、各単電池４が冷却され、電池性能の低下を抑制できる。なお、単電池４の角型ケース４０がアルミなどの熱伝導性の高い材料で構成されている場合、冷却風が電池広外面４１のＹ軸方向の中心側に集中的に供給されるように冷却経路を設計してもよい。この構成によれば、単電池４の一部が冷却されると、熱伝導により、他の部位が直ちに冷却される。したがって、単電池４内部における温度のバラツキを効果的に抑制することができる。

第１のリブ部１６ａは、電池広外面４１に対向する第１の対向面（第１のテーパ面）１６１ａを備え、この第１の対向面１６１ａは冷却風の導通路の中央部から冷却風の流入側に向かって第１の電池収容ケース１２の内面から漸次離間するテーパ形状に形成されている。第２のリブ１６ａは、電池広外面４１に対向する第２の対向面（第２のテーパ面）１６１ｂを備え、この第２の対向面１６１ｂは冷却風の導通路の中央部から冷却風の流出側に向かって第２の電池収容ケース１４の内面から漸次離間するテーパ形状に形成されている。

つまり、リブ１６は、電池広外面４１のＺ軸方向中央部の高さが相対的に低く（低リブ部）、前記中央部よりも前記導通経路の端部側に位置する部位の高さが相対的に高く（高リブ部）なっている。なお、電池広外面４１に対向する電池収容ケース１０の内面（第１の内面）は、電池狭外面４２に対向する電池収容ケース１０の内面（第２の内面）よりも面積が大きい。

図４及び図５を参照しながら、第１のリブ部１６ａ及び第２のリブ部１６ｂによる効果を説明する。図４を参照して、組電池２が充放電されていない場合には、電池広外面４１のうちＺ軸方向の端部側の外面のみが第１のリブ部１６ａ及び第２のリブ部１６ｂに接触し、他の外面と第１のリブ部１６ａ及び第２のリブ部１６ｂとの間には空隙が形成されている（以下、第１の状態という）。ここで、電池広外面４１の端部に加わる押圧力をＦ１、電池広外面４１の中央部に加わる押圧力をＦ２としたとき、第１の状態における押圧力の大小関係はＦ１＞Ｆ２である。

図５を参照して、組電池２を充放電させると、各単電池４はＸ軸方向に膨張する。この場合、各単電池４の各電池広外面４１は、より中央部に接近する程膨らみが大きくなり、リブ１６と電池広外面４１との間に形成された空隙が無くなる。各単電池４がさらに膨張すると、電池広外面４１の中央部に押圧力が発生し、この押圧力、つまり、Ｆ２が上昇する（以下、第２の状態という）。

ここで、第１の状態から第２の状態に変化したときの押圧力の増加量は、Ｆ１よりもＦ２のが大きい。すなわち、第１の状態において、押圧力の大小関係はＦ１＞Ｆ２であるが、第２の状態になるとこれらのＦ１及びＦ２の差が縮小する。したがって、組電池２の充放電時において、第１のリブ部１６ａ及び第２のリブ部１６ｂから各単電池４に加わる押圧力のバラツキを抑制することができる。これにより、電池の充放電性能を維持することができる。

第１の電池収容ケース１２の上端面には、単電池４の図示しないガス排出弁を覆う弁保護部１３が形成されている。弁保護部１３は、第１の電池収容ケース１２に滴下する水からガス放出弁を保護する。これによりガス放出弁の腐食等を防止できる。さらに、弁保護部１３には、第１の公差吸収部１８ａが形成されている。第１の公差吸収部１８ａは、弁保護部１３の一部を上方（Ｚ軸方向）に向かって凸状に屈曲させた先細り形状に形成されている。第２の公差吸収部１８ｂは、第２の電池収容ケース１４の下端部に形成されており、第１の公差吸収部１８ａと同様に下方に向かって凸状に屈曲させた先細り形状に形成されている。単電池４の積層方向両側から電池収容ケース１０に対して拘束圧が加わると、これらの第１の公差吸収部１８ａ及び第２の公差吸収部１８ｂが収縮して間隔が狭くなる。これにより、電池収容ケース１０の公差を吸収することが可能となり、組電池２のＸ軸方向（単電池４の積層方向）の長さ、或いは拘束圧の調整が容易となる。

次に、本実施形態に係る電池収容ケース１０の製造方法について説明する。上述のように、電池収容ケース１０は、分離位置Ｄで上下に分離する第１の電池収容ケース１２と第２の電池収容ケース１４とを備え、これらの第１の電池収容ケース１２及び第２の電池収容ケース１４はそれぞれ別々に製造される。

本実施形態では、金型の中に溶融した樹脂を充填して、これを冷却して固化させた後、成型品を金型から抜き出す射出成型法により電池収容ケース１０を製造する。図６及び図７は、第１の電池収容ケース１２の射出成型方法を模式的に示す模式図であり、図６は金型に樹脂を充填する充填時の状態を示し、図７は金型を抜き出す抜き出し時の状態を示す。図面を簡略化するため、第１の電池収容ケース１２の一部のみを図示する。

本実施形態に係る金型５０は、ダイス５１及びポンチ５２を含む。ポンチ５２は図示しない油圧機構により、ダイス５１に向かって上下方向に進退する。図６を参照して、ダイス５１に向かって上動したポンチ５２は、ダイス５１の内面から所定のクリアランスを隔てた位置に停止する。なお、樹脂は固化時に収縮しながらポンチ５２の外面に抱きつくため、クリアランスは第１の電池収容ケース１２の壁厚よりも大きく設定するのが好ましい。

次に、ポンチ５２をダイス５１内に停止させた状態で、クリアランスに溶融した樹脂を供給し、これを冷却する。なお、ポンチ５２には、クリアランスに向かって延びる樹脂供給路が形成されており、この樹脂供給路を介してクリアランスに溶融樹脂が供給されるようになっている。また、樹脂が供給される前に、金型５０は十分に冷却されているものとする。

樹脂が冷却して固化されると、図７に図示するように、ポンチ５２は下動して、ダイス５１から退避する。このとき、第１のリブ部６１ａの第１の対向面１６１ａはテーパ状に形成されているため、抜き勾配として利用される。これにより、離型するときの抜き抵抗が減少し、成型品のひずみや変形を抑止することができる。つまり、単電池４に対する押圧力のバラツキを抑制するためのテーパ構造を製造時の抜き勾配として利用するため、構造面及び製造面双方のメリットを同時に得ることができる。さらに、単電池４に対する押圧力のバラツキを抑制するために、特別な部品、或いは作業が不要となるためコストが削減される。

第２の電池収容ケース１４は、第１の電池収容ケース１２と同様の方法により射出成型されるため、詳細な説明を省略する。

（変形例１）
上述の実施形態では、リブ１６は電池収容ケース１０の上下方向に延びているが、本発明はこれに限られるものではなく、他の構成であってもよい。当該他の構成は、リブ１６が電池収容ケース１０の幅方向（Ｙ軸方向）に延びる構成であってもよい。この場合、リブ１６は、単電池４のＹ軸方向の中心に近づく程高さが低くなるように形成される。これにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（変形例２）
上述の実施形態では、リブ１６の傾斜を金型の抜き勾配として利用することを前提として、電池収容ケース１０のリブ１６の形状をテーパ状に形成したが、請求項４〜８に係る物の発明には、下記の変形例が含まれる。例えば、リブ１６は、電池広外面４１の中央に対向する面のみを凹状（以下、凹形状部という）に形成し、他の対向面をＹ−Ｚ平面に沿って延びる水平面として形成することができる。このような構成であっても、単電池４の膨張し易い領域に働く押圧力を軽減できるため、押圧力のバラツキを効果的に抑制することができる。凹形状部は、曲面形状、或いは段差形状であってもよい。さらに、電池収容ケース１０とリブ１６とを別々に製造し、これらを接合した構成であってもよい。

（変形例３）
上述の実施形態では、電池収容ケース１０を射出成型法により製造したが、本発明はこれに限られるものではなく、抜き勾配を設けることが成型上のメリットとされる他の成型方法であってもよい。当該他の成型方法は、金型の内部に溶融した金属を鋳込み、この鋳込んだ金属を冷却することにより目的の電池収容ケース１０を得る鋳造方法であってもよい。なお、電池収容ケース１０を金属で形成した場合、電池ケース１０の表面に絶縁処理を施すのが好ましい。

１ 蓄電装置 ２ 組電池 ４ 単電池 １０ 電池収容ケース
１２ 第１の電池収容ケース １３ 弁保護部 １４ 第２の電池収容ケース １６ リブ
１６ａ 第１のリブ部 １６ｂ 第２のリブ部 １６１ａ 第１の対向面 １６１ｂ 第２の対向面
１８ａ 第１の公差吸収部 １８ｂ 第２の公差吸収部

Claims (8)

1. 電池を収容する該電池収容ケースの内面に前記電池の外面に対向する対向面を備えたリブを形成することにより、前記電池の外面に沿って流れる冷却風の導通路を形成する電池収容ケースの製造方法であって、
   前記電池収容ケースは、冷却風の導通方向における前記導通路の中央部に対応した分割位置で分割される一対の第１及び第２の電池収容ケースからなり、
   前記第１の電池収容ケースは、前記中央部から前記導通路の一端部に向かって前記対向面が前記ケースの内面から漸次離間する第１のテーパ面により形成された第１のリブ部を備え、前記第２の電池収容ケースは、前記中央部から前記導通路の他端部に向かって前記対向面が前記ケースの内面から漸次離間する第２のテーパ面により形成された第２のリブ部を備え、
   前記第１のテーパ面を抜き勾配として前記第１の電池収容ケースを金型から抜き出す第１の工程と、
   前記第２のテーパ面を抜き勾配として前記第２の電池収容ケースを金型から抜き出す第２の工程と、を有することを特徴とする電池収容ケースの製造方法。
2. 前記第１及び第２の工程において、前記第１及び第２の電池収容ケースを射出成型法により製造することを特徴とする請求項１に記載の電池収容ケースの製造方法。
3. 前記リブを、前記電池収容ケースの前記内面に複数形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の電池収容ケースの製造方法。
4. 複数の単電池を個々に収容する電池収容ケースを備えた組電池であって、
   前記電池収容ケースの内面には、前記電池収容ケースに収容される前記単電池の外面に沿って冷却風を導通させる導通路を形成するリブが形成されており、
   前記リブは、前記冷却風の導通方向における前記導通路の中央部に位置する第１のリブ部と、前記第１のリブ部よりも前記導通路の端部側に位置する第２のリブ部とを備え、前記第１のリブ部は前記第２のリブ部よりも前記電池収容ケース内における前記単電池の外面から離間していることを特徴とする組電池。
5. 前記単電池は一方向に配列されており、これらの前記単電池を前記一方向に拘束する拘束部材を有し、
   前記電池収容ケースには、公差を吸収する公差吸収部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 前記公差吸収部は、前記電池収容ケースの前記導通方向における端部に位置し、前記電池収容ケースの外側方向に凸状に屈曲する先細り形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の組電池。
7. 前記リブは、前記電池収容ケースの内面に複数形成されていることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれか一つに記載の組電池。
8. 前記電池収容ケースは、互いに平行な一対の第１の内面と、前記第１の内面に対して直交し、前記第１の内面よりも面積が小さい一対の第２の内面とを備える角型のケースであり、
   前記リブは、前記第１の内面に形成されていることを特徴とする請求項４乃至７のうちいずれか一つに記載の組電池。

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