JP2012252898A - 電池セル収納筺体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルを収納しやすく、電池セルの温度調整を効率よく行うことができる電池セル収納筺体を提供する。また、複数の有底穴と貫通穴とが形成された電池セル収納筺体を簡便に製造できる方法を提供する。
【解決手段】有底穴２２の幅Ｗｃを電池セル１０の厚さＷｂより小さくし、有底穴２２の変形を伴って電池セル１０を有底穴２２に収納する。こうした電池セル収納筺体２０を製造するのに、複数の貫通穴が列状に形成された直方体状のアルミニウム合金製スラグを雌型内に配置し、貫通穴が形成されていないスラグの部位に雄型のポンチを押しつけて、雄型のポンチを押しつけた部位を凹ませて電池セル収納筺体２０の有底穴２２を形成すると共に雄型のポンチが押しつけられていない部分を立ち上げて電池セル収納筺体２０の壁面を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池セル収納筺体及びその製造方法に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などには、電源装置として、複数の充電可能な電池セルによって構成されるバッテリパックが搭載される場合がある。バッテリパックは、例えば、複数の電池セルが積層されて電気的に直列に接続されて構成される。ここで、電池セルは、化学反応によって熱が発生するので電池セルの温度が高くなり過ぎないよう冷却する必要あり、逆に寒冷時には、良好に化学反応が行われるように電池セルを温める必要がある。すなわち、電池セルの性能を十分に発揮させるには、内部での化学反応が良好に行われるように電池セルを適正な温度範囲に保つ必要がある。

このため、電池セルが収納される収納筺体には、電池セルを適正な温度範囲に保つための機能が求められる。特許文献１に開示された電池セルの収納筺体では、電池セルを収納するための複数の有底穴が設けられると共に、壁部の全体に亘って複数の貫通穴が設けられている。この収納筺体では、複数の有底穴のそれぞれに電池セルを収納した状態で複数の貫通穴に冷却流体を通すことにより、電池セルから収納筺体の壁部に伝わった熱を効率よく冷却流体に伝えることができる。また、この収納筐体では、１つの収納筺体に複数の電池セルを収納できるので、バッテリパックの部品点数や組付工数を低減することもできる。特許文献１では、こうした収納筺体の素材として、樹脂やアルミニウムなどの金属が挙げられており、特に、アルミニウムを用いて収納筐体を形成することにより、熱伝導性が良く温度調整が容易で且つ軽量な構造になると考えられる。

特開２０１０−１９９０７０号公報

しかし、特許文献１に開示された収納筺体では、有底穴の大きさを電池セルの寸法通りに設計すると、製造誤差などによって有底穴の大きさが若干小さく形成されたときに電池セルを有底穴に収納することができなくなってしまう。一方、有底穴の大きさを電池セルの寸法に対して余裕を持って設計すると、収納筺体の壁面と電池セルの側面とに隙間ができ、電池セルから収納筺体への熱伝導効率が低下してしまう。また、特許文献１では、収納筺体の製造方法については述べられていない。特に、射出成形などが可能な樹脂とは異なり、金属で収納筺体を形成する場合に、有底穴と貫通穴とが形成された複雑な形状を簡便に製造する方法が望まれる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電池セルを収納しやすく、電池セルの温度調整を効率よく行うことができる電池セル収納筺体を提供することや、複数の有底穴と貫通穴とが形成された電池セル収納筺体を簡便に製造できる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、本発明の第１の観点にかかる電池セル収納筺体は、
外形状が略直方体状であり、複数の電池セルを収納する電池セル収納筺体であって、
前記略直方体状の所定の１面に開口し、対向する開口長辺となる内壁部分同士の距離である開口幅が前記複数の電池セルの厚さより小さい複数の有底穴と、
前記複数の有底穴同士を仕切る壁の略全体に形成され、前記有底穴の深さ方向に沿って貫通する複数の貫通穴と、
を備え、
前記複数の有底穴の変形を伴って前記複数の有底穴に前記電池セルが収納される、
ことを特徴とする。

前記有底穴の開口短辺となる壁部は、屈曲または湾曲していてもよい。

電池セル収納筺体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって全体が一体に形成されることが好ましい。

本発明の第２の観点に係る電池セル収納筺体の製造方法は、
複数の電池セルを収納するための複数の有底穴と前記有底穴同士を仕切る壁の全体に形成される貫通穴とを有する電池セル収納筺体を製造する方法であって、
外形状が略直方体状のアルミニウムまたはアルミニウム合金であって、前記略直方体状の所定の辺に沿って１つ以上の列状に並んだ複数の貫通穴を有するスラグを用意する工程と、
前記スラグの外形状に沿って内形状が形成された雌型内に前記スラグを配置する工程と、
前記雌型内に配置されたスラグにおける前記貫通穴が形成されていない予め定められた部位を、前記複数の貫通穴の貫通方向に沿って雄型のポンチで押して前記スラグを塑性変形させることにより、前記雄型のポンチで押された部位を凹まして前記電池セル収納筺体の有底穴を形成すると共に前記雄型のポンチで押されていない部位を立ち上げて前記電池セル収納筺体の壁面を形成する工程と、
を備えることを特徴とする。

前記スラグを用意する工程は、前記電池セル収納筺体の外形状における有底穴が形成される面と略同一の大きさの面を有し、前記複数の貫通穴が形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金を所定の厚さに切断して前記スラグを用意してもよい。

本発明の第１の観点に係る電池セル収納筺体によれば、電池セルを収納しやすく、電池セルの温度調整を効率よく行うことができる。また、本発明の第２の観点に係る電池セルの収納筺体の製造方法によれば、複数の有底穴と貫通穴とが形成された電池セル収納筺体を簡便に製造することができる。

本発明の第１実施形態に係る電池セル収納筺体と電池セルとの外観の一例を示す斜視図である。 図１の電池セル収納筺体の有底穴と貫通穴とに点線を付して示す斜視図である。 電池セル収納筺体の上面図である。 電池セル収納筺体の下面図である。 有底穴の開口端近傍の一例を示す模式図である。 電池セル収納筺体の基となるスラグの一例を示す斜視図である。 スラグにインパクト成形を施す前の状態の一例を示す模式図である。 スラグにインパクト成型を施したときの状態の一例を示す模式図である。 インパクト成形された電池セル収納筐体の断面の様子の一例を示す説明図である。。 変形例の雄型のポンチの一例を示す模式図である。 変形例の雄型のポンチを用いて形成された電池セル収納筺体の断面図である。 第２実施形態に係る電池セル収納筐体の有底穴近傍の様子の一例を示す図である。 第２実施形態に係る電池セル収納筐体に電池セルが収納された際の様子を模式的に示す図である。 変形例の電池セルの収納筺体の有底穴近傍の様子の一例を示す図である。 変形例の電池セルの収納筺体の有底穴近傍の様子の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電池セル収納筺体２０と電池セル１０との外観の一例を示す斜視図であり、図２は、図１の電池セル収納筺体２０の有底穴２２と貫通穴２４とに点線を付して示す斜視図であり、図３は、電池セル収納筺体２０の上面図であり、図４は、電池セル収納筺体２０の下面図である。実施形態の電池セル収納筺体２０は、複数の電池セル１０を収納可能な筺体として構成されている。複数の電池セル１０は、それぞれ内部の化学反応を伴って充放電可能な二次電池であり、図１に示すように、平たい直方体状のものが一般によく知られている。なお、電池セル１０としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池など種々のものを用いることができる。

電池セル収納筺体２０は、アルミニウム合金によって全体が一体に形成されており、図１から図４に示すように、外形状が直方体であって、複数の有底穴２２と貫通穴２４とを有する。複数の有底穴２２は、それぞれ直方体状であり、電池セル収納筺体２０の外形状の所定の１つの面（図１では上側の面）に開口している。有底穴２２の形状は、収納される電池セル１０の形状に基づいて定めることができ、実施形態では、その深さＤｃや開口長辺の長さＬｃが、電池セル１０の高さＨｂや底面における長辺の長さＬｂと等しく設計され、開口短辺の長さ、すなわち、対向する開口長辺となる壁面同士の距離（開口幅）Ｗｃが、電池セル１０の底面における短辺の長さ（電池セル１０の幅）Ｗｂより小さく設計されている。実施形態では、こうした有底穴２２が、開口長辺となる壁部によって互いが仕切られるように一列に４つ並んで設けられている。

また、有底穴２２は、図５に示すように、入口の開口幅Ｗｃ１が電池セル１０の幅Ｗｂより大きくなるように、入口近傍がＲ状（丸角）に形成されている。これにより、有底穴２２への電池セル１０の挿入を容易に行うことができる。こうしたＲは、例えば、有底穴２２の入口となる壁部を面取りすることにより形成することができる。なお、有底穴２２は、入口から底側に向かって開口幅が小さくなるように（例えば開口幅Ｗｃ１から開口幅Ｗｃとなるように（Ｗｃ＜Ｗｂ＜Ｗｃ１））一様な又は段階的な傾斜状に形成されてもよい。

複数の貫通穴２４は、有底穴２２の深さ方向に電池セル収納筺体２０を貫通する穴であり、複数の有底穴２２同士を仕切る壁部の全体に亘って形成されている。複数の貫通穴２４は、有底穴２２の開口長辺に沿って、列状に並んで設けられている。実施形態では、有底穴２２は４つであり、有底穴２２を仕切る壁部は３つとなるので、３列に並んで複数の貫通穴２４が設けられている。なお、貫通穴２４は、実施形態では長方形状に開口する穴としたが、丸状とするなど、製造が複雑とならない範囲で種々の形状を採用することができる。

こうした電池セル収納筺体２０に電池セル１０を収納するときには、複数の有底穴２２のそれぞれに電池セル１０を一つずつ挿入する。実施形態の電池セル収納筺体２０では、有底穴２２の開口幅（対向する開口長辺となる壁面同士の距離）Ｗｃが電池セル１０の厚さＷｂより小さく形成されており、電池セル１０は、有底穴２２の変形を伴って有底穴２２に挿入される。これにより、収納された電池セル１０は、電池セル収納筺体２０の変形に対する復元力によって有底穴２２の開口長辺となる壁面と密着する。そして、複数の電池セル１０を図示しない電源ラインによって電気的に直列または並列に接続することで、電池セル１０と電池セル収納筺体２０とは、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などで用いられるバッテリパックを構成する。

電池セル１０は、その性能を十分に発揮させるために、内部での化学反応が良好に行われるよう適正な温度範囲に調整する必要がある。例えば、電池セル１０は、内部の化学反応による発熱によって温度が高くなりすぎないように冷却する必要があり、寒冷地など電池セル１０の温度が低い場合には化学反応が良好に行われるように温める必要がある。実施形態の電池セル収納筐体２０では、有底穴２２を仕切る壁の全体に亘って貫通穴２４が設けられており、この貫通穴２４に冷却流体を流すことで、電池セル収納筺体２０から冷却流体に効率よく熱を伝えることができる。なお、冷却流体としては、例えば、水やＬＬＣ、空気、フロン系の冷媒などを用いることができる。実施形態の電池セル収納筐体２０は、電池セル１０が収納される有底穴２２の開口幅Ｗｃがバッテリの厚さＷｂより小さく形成され、有底穴２２の開口長辺となる壁面と電池セル１０とが密着するから、電池セル１０と電池セル収納筐体２０との熱伝統が効率よく行われ、電池セル１０の温度調整を効率よく行うことができる。また、実施形態の電池セル収納筐体２０は、アルミニウム合金によって一体に形成されているので、複数の部材が組み合わされて形成されるものや、樹脂などによって形成されるものに比して、電池セル収納筐体２０自体の熱伝導性が良く、電池セル１０の温度調整が容易で軽量なバッテリパックとすることができる。

次に、こうした複数の有底穴２２と貫通穴２４とを有する電池セル収納筺体２０の製造方法について説明する。上述した電池セル収納筺体２０をアルミニウム合金で一体に形成するために、アルミニウム合金にいわゆる「インパクト成形」を施す。図６に、電池セル収納筺体２０の素材となるスラグ３０の一例を示し、図７に、スラグ３０にインパクト成形を施す前の状態の一例を示し、図８に、スラグ３０にインパクト成形を施したときの状態の一例を示す。

スラグ３０は、外形状が直方体状であって、この外形状を貫通する複数の貫通穴３４を有するホロー型のアルミニウム押出し材である。スラグ３０は、貫通穴３４が開口する面の形状が電池セル収納筺体２０の貫通穴２４が開口する面の形状と等しく形成され、体積が電池セル収納筐体２０の体積と等しくなるように高さ（貫通穴３４が貫通する方向の長さ）Ｈｓが定められている。スラグ３０の貫通穴３４は、電池セル収納筺体２０の貫通穴２４の配置と等しく位置しており、図６に示すように、複数の貫通穴３４がスラグ３０の外形状の辺に沿って複数の列を成すように位置している。なお、スラグ３０を上または下から見た様子は、電池セル収納筺体２０を下から見た様子に等しくなる（図４参照）。スラグ３０は、例えば、貫通穴３４が形成されたアルミニウム押出し材を適当な長さで切断することで用意することができる。

こうしたスラグ３０を、図７に示すように、雌型４０内に配置する。雌型４０は、スラグ３０を配置するための有底の穴状部を有し、穴状部の形状がスラグ３０の外形状と等しくなるように形成されている。雌型４０内にスラグ３０が配置されると、スラグ３０は、貫通穴３４が形成された面の一方の面側のみが開放され、その他の面が雌型４０にぴったりと接する。なお、雌型４０には、潤滑剤が表面に施されていてもよい。

次に、スラグ３０を雄型のポンチ４２で押す。雄型のポンチ４２は、直方体状の複数の凸部４２ａを有し、この凸部４２ａは、電池セル収納筺体２０の有底穴２２の形状に対応する形状に形成されている。雄型のポンチ４２は、スラグ３０の貫通穴３４が形成されていない部位に当てられ、スラグ３０は、雄型のポンチ４２から受ける圧力によって塑性変形する。すなわち、雄型のポンチ４２で押された部分のアルミニウム合金は、雄型のポンチ４２で押されていない部分に移動する。スラグ３０の雄型のポンチ４２で押された部分は、スラグ３０の元の高さＨｓより凹んで電池セル収納筺体２０の有底穴２２となり、スラグ３０の雄型のポンチ４２で押されていない部分は、スラグ３０の元の高さＨｓより立ち上がって電池セル収納筺体２０の壁面となる。図９に、インパクト成形された電池セル収納筐体２０の断面の様子の一例を示す。実施形態では、雄型のポンチ４２は、スラグ３０の貫通穴３４と離れた位置を押すため、雄型のポンチ４２によって移動するアルミニウム合金は、貫通穴３４を塞ぐことなく貫通穴３４の近傍部分に移動して、雄型のポンチ４２の押し込み方向と反対方向に立ち上がる。

ここで、雄型のポンチ４２とスラグ３０の貫通穴３４との距離Ｌは、近すぎるとアルミニウム合金の塑性変形による移動が困難になったり雄型のポンチ４２を押すときに必要となる荷重が高くなってしまい、距離Ｌを遠くすると、貫通穴３４近傍の材料の立ち上がりが少なくなってしまう。このため、両者の兼ね合いから、距離Ｌを適宜定めればよい。

このように、外形状が直方体状で複数の貫通穴３４が列を成すように並んだアルミニウム合金であるスラグ３０を雌型４０内に配置し、雄型のポンチ４２でスラグ３０の貫通穴３４が形成されていない部位を押してスラグ３０を塑性変形させることにより、雄型のポンチ４２で押された部位を凹まして電池セル収納筺体２０の有底穴２２を形成すると共に雄型のポンチ４２で押されていない部分を立ち上げて電池セル収納筺体２０の壁面を形成することで、複数の有底穴２２と貫通穴２４とを有する電池セル収納筺体２０を金属で一体に且つ簡便に形成することができる。また、このように、いわゆるインパクト成形によって電池セル収納筐体２０を形成することにより、面取りなどを行わなくても、有底穴２２の入口をＲ状に形成することができる（図５参照）。

上述した雄型のポンチ４２は、直方体状の雄型の凸部４２ａを複数有するものとしたが、雄型のポンチは、スラグ３０の材料の移動が適正となるように決められれば良く、例えば、図１０の変形例の雄型のポンチ１４２に示すように、複数の凸部１４２ａの先端１４３が段差状が形成されていても良い。なお、図１０の例では、有底穴２２の開口長辺となる方向に沿って見たときに、ポンチ１４２の先端１４３の両端と中央の３箇所に長方形状に凹となる段差が設けられている。図１１に、雄型のポンチ１４２を用いて形成される電池セル収納筺体２０の有底穴１２２の様子を示す。有底穴１２２の底部１２３には、雄型のポンチ１４２の形状に合った段差が形成される。この場合、電池セル１０の底が直方体状であれば、有底穴１２２の底部１２３の段差によって隙間ができる。この隙間は、断熱の役割を果たすので、電池セル収納筺体２０の底からの熱を断熱する必要がある場合などに有効となる。

（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態に係る電池セル収納筐体１２０の有底穴１２２近傍の様子の一例を示す図であり、図１３は、第２実施形態に係る電池セル収納筐体１２０に電池セル１０が収納された際の様子を模式的に示す図である。第２実施形態に係る電池セル収納筐体１２０は、第１実施形態に係る電池セル収納筐体２０と同様に、複数の電池セル１０を収納するための複数の有底穴１２２と、冷却流体が通過する複数の貫通穴２４とを有する。第２実施形態に係る電池セル収納筐体１２０では、有底穴１２２は、対向する開口長辺となる壁面同士の距離すなわち有底穴１２２の幅Ｗｃが電池セル１０の幅Ｗｂより小さく形成されると共に、開口短辺となる壁部（以下、「短辺壁部」という）１２６が電池セル収納筐体１２０の外側に湾曲するように形成されている。これにより、電池セル収納筐体１２０の有底穴１２２に電池セル１０を収納するときに、弾性変形によって短辺壁部１２６が変形しやすく、長辺壁部２８同士の距離Ｗｃを広がりやすくすることができ（図１３中、白抜き矢印参照）、電池セル収納筐体１２０に電池セル１０をより収納しやすくすることができる。

上述した電池セル収納筐体１２０では、有底穴１２２の短辺壁部１２６が外側に凸となるように湾曲するものとしたが、例えば、図１４の変形例の短辺壁部２２６に示すように内側に凸となるように湾曲するものとしたり、図１５の変形例の短辺壁部３２６に示すように波状に形成してもよい。このように短辺壁部を屈曲または湾曲する形状にすることにより、電池セル１０を収納しやすくすることができる。つまり、短辺壁部の断面形状に必要な条件は、その長さ（曲がっている場合にはそれを伸ばした場合の長さ）が、相対する長辺壁部２８同士の距離Ｗｃより大きければよい。ただ、形状が複雑になると、素材となるアルミニウム押出し材が製造しにくくなったり、インパクト成型で塑性変形による材料の移動が行われにくくなるので、例えば、上述した電池セル収納筐体１２０のように、できるだけ単純な形状とすることが好ましいと考えられる。

なお、こうした有底穴２２の短辺壁部が屈曲または湾曲する電池セル収納筺体は、素材となるアルミニウム押出し材の形状や、雄型のポンチ４２の形状、雌型４０の内形状を、それぞれ有底穴２２の短辺壁部１２６，２２６，３２６に合わせた形状とすることにより、第１実施形態で説明した製造方法と同様の製造方法によって製造することができる。

上述した電池セル収納筐体は、アルミニウム合金で形成されるものとしたが、アルミニウムで形成されてもよいし、その他の金属で形成されてもよい。また、上述した電池セル収納筐体は、電池セル１０を収納する有底穴を４つ有するものとしたが、２つや３つ有するものでもよいし、５つ以上有するものでもよい。

上述した電池セル収納筐体の製造方法では、電池セル収納筐体は、有底穴の長辺壁部同士の距離Ｗｃが電池セルの厚さＷｂに比して小さいものとしたが、有底穴の長辺壁部同士の距離が電池セルの厚さと等しかったり大きいものも、実施形態で説明した製造方法と同様の製造方法によって製造し得ることはいうまでもない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、例えば電池セル収納筐体に求められる機能のために必要な形状や構成が付与、形成されるなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更（構成要素の削除等を含む）をなし得ることはいうまでもない。

１０ 電池セル
２０，１２０ 電池セル収納筺体
２２，１２２，２２２，３２２ 有底穴
２４ 貫通穴
３０ スラグ
３４ 貫通穴
４０ 雌型
４２，１４２ ポンチ
１２３ 底部
１４３ 先端
１２６，２２６，３２６ 短辺壁部

Claims (5)

1. 外形状が略直方体状であり、複数の電池セルを収納する電池セル収納筺体であって、
   前記略直方体状の所定の１面に開口し、対向する開口長辺となる内壁部分同士の距離である開口幅が前記複数の電池セルの厚さより小さい複数の有底穴と、
   前記複数の有底穴同士を仕切る壁の略全体に形成され、前記有底穴の深さ方向に沿って貫通する複数の貫通穴と、
   を備え、
   前記複数の有底穴の変形を伴って前記複数の有底穴に前記電池セルが収納される、
   ことを特徴とする電池セル収納筺体。
2. 前記有底穴の開口短辺となる壁部は、屈曲または湾曲している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池セル収納筺体。
3. アルミニウムまたはアルミニウム合金によって全体が一体に形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池セル収納筺体。
4. 複数の電池セルを収納するための複数の有底穴と前記有底穴同士を仕切る壁の全体に形成される貫通穴とを有する電池セル収納筺体を製造する方法であって、
   外形状が略直方体状のアルミニウムまたはアルミニウム合金であって、前記略直方体状の所定の辺に沿って１つ以上の列状に並んだ複数の貫通穴を有するスラグを用意する工程と、
   前記スラグの外形状に沿って内形状が形成された雌型内に前記スラグを配置する工程と、
   前記雌型内に配置されたスラグにおける前記貫通穴が形成されていない予め定められた部位を、前記複数の貫通穴の貫通方向に沿って雄型のポンチで押して前記スラグを塑性変形させることにより、前記雄型のポンチで押された部位を凹まして前記電池セル収納筺体の有底穴を形成すると共に前記雄型のポンチで押されていない部位を立ち上げて前記電池セル収納筺体の壁面を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする電池セル収納筺体の製造方法。
5. 前記スラグを用意する工程は、前記電池セル収納筺体の外形状における有底穴が形成される面と略同一の大きさの面を有し、前記複数の貫通穴が形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金を所定の厚さに切断して前記スラグを用意する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電池セル収納筺体の製造方法。

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