JP2013140698A - 連結方法および連結装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電池セルに当該電池セルを支持するための支持部材を連結する際に、支持部材の破損を抑制できる電池連結方法および電池連結装置を提供する。
【解決手段】電極群を備える電池セル10にスペーサ40を連結する電池連結方法であって、スペーサ40に形成される突起部43を電池セル10に形成される孔部16に貫通させ、加熱を行う加熱部120により突起部43を先端側から押圧して孔部16から引き抜き不能な大きさの熱変形部42を形成する加熱工程S12と、スペーサ40に対して加熱部120が配置される側からスペーサ40に近接する押さえ部130によりスペーサ40を押圧する押さえ工程S11と、押さえ工程S11よりも後に、熱変形部42から加熱部120を離間させる加熱部離間工程S14と、加熱部離間工程S14よりも後に、押さえ部130をスペーサ40から離間させる押さえ部離間工程S15と、を有する。
【選択図】図6

Description

本発明は、電池セルに当該電池セルを支持するための支持部材を連結する電池連結方法および電池連結装置に関する。
近年、自動車用電池、太陽電池および電子機器用電池など各種電池において、柔軟に変形可能なラミネートシートからなる外装部材により電池要素である電極群を封止するとともに、外装部材から電極端子を外部に導出した電池セルが使用されている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載の電池セルは、電極リードが引き出されている部位にフレーム部材(支持部材)が連結されており、複数の電池セルに連結された各フレーム部材を重ねて接続することで、各電池セルを支持している。
特開平2007―73510号公報
ラミネートシートのような柔軟に変形可能な外装部材を有する電池セルに支持部材を固定する方法として、支持部材に高温のコテを押し付けて熱で変形させることで、支持部材を外装部材と固定する方法が想定される。
しかしながら、支持部材を熱で変形させた後にコテを熱変形部から引き剥がすと、コテに対して熱変形部が溶着された状態であるため、支持部材が浮き上がり、支持部材に望ましくない力が作用し、熱変形部等の支持部材の部位に破損が生じる可能性がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電池セルに当該電池セルを支持するための支持部材を連結する際に、支持部材の破損を抑制できる電池連結方法および電池連結装置を提供することを目的とする。
本発明の電池連結方法は、電極群を備える電池セルに当該電池セルを支持するための支持部材を連結する電池連結方法であって、加熱工程と、押さえ工程と、加熱部離間工程と、押さえ部離間工程と、を有している。加熱工程では、支持部材に形成される突起部を電池セルに形成される孔部に貫通させ、加熱を行う加熱部により突起部を先端側から押圧して前記突起部の先端側の少なくとも一部が前記孔部からはみ出るように孔部から引き抜き不能な大きさの熱変形部を形成する。押さえ工程では、支持部材に対して加熱部が配置される側から支持部材に近接する押さえ部により、支持部材を押圧する。加熱部離間工程では、押さえ工程よりも後に、熱変形部から加熱部を離間させる。押さえ部離間工程では、加熱部離間工程よりも後に、押さえ部を支持部材から離間させる。
本発明の電池連結方法によれば、熱変形部から加熱部を離間させる際に、押さえ部によって支持部材を押圧しているため、支持部材が浮き上がらず、支持部材に望ましくない力が作用し難くなり、熱変形部等の支持部材の破損を抑制できる。
電池モジュールを示す斜視図である。 電池モジュールのケースの内部のセルユニットを示す斜視図である。 扁平型電池を示す分解斜視図である。 電池モジュールの内部構成を示す分解斜視図である。 電池モジュールを構成する複数の電池セルの電気的な接続構成を示す図である。 実施形態に係る電池連結装置を示す正面図である。 図6の7−7線に沿う矢視図である。 図6の8−8線に沿う断面図である。 実施形態に係る電池連結装置によりスペーサを電池に連結する方法を示すフローチャートである。 押さえ部によりスペーサを押圧した際を示す平面図である。 加熱部により突起部を押圧して熱変形させた際を示す平面図である。 加熱部をスペーサから離間させた際を示す平面図である。 押さえ部をスペーサから離間させた際を示す平面図である。 熱変形部が形成された後の電池を示す平面図である。 実施形態に係る電池連結装置の変形例を示す正面図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。
図1および図2を参照して、電池モジュール1は、ケース20の内部に、直列または並列に接続した複数(本実施形態では4つ)の電池セル10(10A〜10D)を含むセルユニット30と、電気絶縁性を備えた絶縁カバー34とを収納している。電池モジュール1は、単独で使用することが可能であるが、例えば、複数の電池モジュール1を更に直列化および/または並列化することによって、所望の電流、電圧、容量に対応した組電池を形成することができる。
ケース20は、略矩形の箱形状をなすロアケース22と、蓋体をなすアッパーケース24とを有する。アッパーケース24の縁部は、カシメ加工によって、ロアケース22の周壁の縁部に巻き締められている。ロアケース22およびアッパーケース24は、比較的薄肉の鋼板またはアルミ板から形成している。ロアケース22およびアッパーケース24は貫通孔26を有する。貫通孔26は、隅部の4箇所に配置されており、電池モジュール1同士を複数積み重ねて組み電池として保持するための通しボルト(図示せず)を挿通するために使用される。符号31、32は、ロアケース22の前面の開口部から突出するように配置された出力端子である。
セルユニット30は、複数の電池セル10が電気的に接続されて積層された積層体33、電池を支持するための複数のスペーサ40,90(支持部材)を有する。スペーサ40,90は、電気絶縁性の樹脂材料を用いることができる。スペーサ40は積層体33の前面側に配置され、スペーサ90は積層体33の背面側に配置される。
電池セル10は、図3に示すように、例えば、リチウムイオン二次電池であり、積層電極体50が外装部材11内に電解液とともに収納されている。電池セル10は、外装部材11から外部に導出される正極タブ14(電極タブ)および負極タブ15(電極タブ)を有する。
積層電極体50は、正極51、負極52およびセパレータ53を順に積層して形成される電極群である。正極51は、例えば、LiMn等のリチウム−遷移金属複合酸化物からなる正極活物質層を有する。負極52は、例えば、カーボンおよびリチウム−遷移金属複合酸化物からなる負極活物質層を有する。セパレータ53は、例えば、電解質を浸透し得る通気性を有するポーラス状のPE(ポリエチレン)から形成される。
外装部材11は、軽量化および熱伝導性の観点から、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属(合金を含む)をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムなどのシート材からなる。外装部材11は、積層電極体50を覆う本体部12と、本体部12の周縁に伸びる外周部13とを有しており、外周部13の一部または全部が、熱融着により接合されている。外装部材11のスペーサ40,90と連結される2辺には、スペーサ40,90に形成される突起部43,93(図6参照)が貫通する2つの孔部16が形成されている。
スペーサ40は、図4に示すように、長手方向Xの両端部に貫通孔41を有する。貫通孔41は、ロアケース22およびアッパーケース24の前面側の貫通孔26と位置合せされて、通しボルトを挿通するために使用される。スペーサ40は、スペーサ40の長手方向Xに並ぶように、外装部材11の孔部16を貫通した突起部43,93を加熱しつつ押圧して熱変形させた2つの熱変形部42が形成されている。熱変形部42は、外装部材11の孔部16から引き抜き不能な大きさに熱変形されており、電池セル10とスペーサ40とを連結している。
また、スペーサ90は、長手方向Xの両端部に貫通孔91を有する。貫通孔91は、ロアケース22およびアッパーケース24の背面側の貫通孔26と位置合せされて、通しボルトを挿通するために使用される。スペーサ90は、スペーサ90の長手方向Xに並ぶように、外装部材11の孔部16を貫通した後に加熱しつつ押圧して熱変形させた2つの熱変形部92が形成されている。熱変形部92は、外装部材11の孔部16から引き抜き不能な大きさに熱変形されており、電池セル10とスペーサ90とを連結している。
正極タブ14および負極タブ15は、積層電極体50から電流を引き出すための部材であり、電池セル10の一方側に延長している。
図4に示すように、第1の電池セル10Aおよび第2の電池セル10Bの正極タブ14A,14Bは、外部出力正極端子31と電気的に接続されているバスバー60と超音波溶接等によって接合されている。一方、第1の電池セル10Aおよび第2の電池セル10Bの負極タブ15A,15Bは、第3の電池セル10Cおよび第4の電池セル10Dの正極タブ14C,14Dとともに、電圧検出用端子37と電気的に接続されているバスバー80と超音波溶接等によって接合されている。また、第3の電池セル10Cおよび第4の電池セル10Dの負極タブ15C,15Dは、外部出力負極端子32と電気的に接続されているバスバー70と超音波溶接等によって接合されている。
このように電池セル10A〜10Dの各電極タブ14A〜14D,15A〜15Dが、バスバー60,70,80を介して、外部出力正極端子31、外部出力負極端子32、および電圧検出用端子37にそれぞれ接続されることにより、これら電池セル10A〜10Dは、図5に示すように、2並列2直列の接続構成を形成している。
電圧検出用端子37は、電池モジュール1を構成する電池セル10A〜10Dの電圧を検出するために用いられる端子である。具体的には、第1の電池セル10Aおよび第2の電池セル10Bの電圧については、外部出力正極端子31と電圧検出用端子37とを用い、これらの端子間の電圧を測定することにより、検出することができる。また、第3の電池セル10Cおよび第4の電池セル10Dの電圧については、外部出力負極端子32と電圧検出用端子37とを用い、これらの端子間の電圧を測定することにより、検出することができる。
次に、本実施形態に係る電池連結装置100について説明する。
電池連結装置100は、電池セル10に対して、電池セル10を支持するためのスペーサ40,90を連結するための装置である。
電池連結装置100は、図6〜8に示すように、スペーサ40および電池セル10を載置するパレット110と、パレット110を保持して搬送する搬送手段140とを有している。さらに、バスバー取り付け装置100は、スペーサ40,90の一部を熱変形させる加熱部120と、スペーサ40,90に接して押圧する押さえ部130と、加熱部120および押さえ部130を連動して作動させる押圧機構150と、冷却部160と、制御部170とを備えている。
パレット110は、スペーサ40,90および電池セル10を保持する平板状の保持部113と、スペーサ40,90の貫通孔41,91に挿通してスペーサ40,90を固定するスペーサ固定ピン111と、電池セル10の側端を保持する電池保持部112とを備える。
搬送手段140は、図6,7に示すように、略水平に延びるガイドレール141に沿って移動可能であって、パレット110を載置可能なパレット保持部142を有している。なお、搬送手段140は、パレット110を搬送できるのであれば構成は限定されず、例えばコンベア等であってもよい。
押圧機構150は、駆動源である押圧手段151と、押圧手段151により昇降する支持梁152と、支持梁152に接続されて加熱部120を支持する加熱部用支持部153と、支持梁152に接続されて押さえ部130を支持する押さえ部用支持部154とを有する。
押圧手段151は、油圧シリンダー等により構成される。なお、駆動源は油圧シリンダーに限定されず、例えばエアーシリンダーやモータ等であってもよい。
支持梁152は、押圧手段151に接続されて昇降可能であり、2つのスペーサ40,90に対応する位置へ略水平に延びるように形成されている。
加熱部用支持部153は、スペーサ40の2つの突起部43に対応する2箇所と、スペーサ90の2つの突起部93に対応する2箇所に設けられる。各々の加熱部用支持部153は、支持梁152から下方へ延びて形成され、各々の加熱部用支持部153の下端に、加熱部120が固定されている。
押さえ部用支持部154は、スペーサ40,90の各々に対応する2箇所に設けられる。各々の押さえ部用支持部154は、弾性体であるばね155を備えた2つのばね機構156を備えており、ばね機構156の下端に押さえ部130が固定されている。
ばね機構156は、支持梁152に形成される貫通孔の内部を摺動可能であるとともに押さえ部130に固定された摺動棒157を有し、支持梁152に対して進退動可能な押さえ部130を、ばね155によって下方へ向かって付勢している。押さえ部130は、ばね155が伸びた状態で加熱部120よりも下方に位置し、ばね155が縮んだ状態で加熱部120よりも上方に位置することができる。
加熱部120は、下面に凹部121が形成されており、スペーサ40,90の突起部43,93を加熱して溶融または軟化させつつ突起部43,93の先端側から押圧して、突起部43,93の先端側の少なくとも一部を、スペーサ40,90の突起部43,93が突出する側において、孔部16の内周からはみ出るように孔部16から引き抜き不能な大きさに熱変形させる。
押さえ部130は、図7,8に示すように、第1の押圧部131、第2の押圧部132および第3の押圧部133を有している。第1の押圧部131は、スペーサ40,90の突起部43,93(変形後の熱変形部42,92)に対してスペーサ40,90の長手方向Xの中央側を押圧する。第2の押圧部132は、第1の押圧部131から延びて突起部43,93(変形後の熱変形部42,92)に対してスペーサ40,90の長手方向Xの外側の部位まで達している。第3の押圧部133は、第2の押圧部132からスペーサ40,90の長手方向Xと直交する直交方向Yへ延びて、変形後の熱変形部42,92を超えて熱変形部42,92の直交方向最外端42A,92Aに達する(図14を参照)。
冷却部160は、図7に示すように、冷却用の気体を吐出可能なノズル161を有している。冷却用の気体は、本実施形態では空気であるが、空気に限定されず、例えば希ガス等を用いてもよい。
制御部170は、図6に示すように、搬送手段140、加熱部120、押圧機構150および冷却部160を統括的に制御する。制御部170は、CPUおよびメモリを主体として構成され、動作を制御するためのプログラムがメモリに記憶されている。
次に、本実施形態に係る電池連結装置100によって電池セル10にスペーサ40,90を連結する方法を、図9に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、図6〜9に示すように、パレット110のスペーサ固定ピン111がスペーサ40,90の貫通孔41,91を貫通するようにパレット110にスペーサ40,90を載置する。次に、スペーサ40,90の突起部43,93を電池セル10の孔部16に貫通させつつ、電池セル10をパレット110上に載置する。
次に、加熱部120の直下にスペーサ40,90の突起部43,93が位置するまで、パレット110を搬送手段140により搬送する。加熱部120の直下にスペーサ40,90の突起部43,93が位置すると、搬送手段140を停止させ、押圧手段151を作動させて支持梁152を下降させる。
支持梁152が下降すると、図10に示すように、まず押さえ部130がスペーサ40,90に接し、スペーサ40,90の不用意な動きを抑制する(押さえ工程S11)。さらに支持梁152が下降すると、図11に示すように、ばね機構156のばね155が縮み、加熱部120が突起部43,93を突起部43,93の先端側から押圧する。加熱部120は、スペーサ40,90が溶融または軟化する温度に加熱されており、したがって、押圧された突起部43,93は、加熱部120の凹部121の形状に沿って熱変形する(加熱工程S12)。この後、冷却部160を作動させて冷却用の空気を加熱部120に吹き付け、熱変形した部位を冷却して固化させ、熱変形部42を形成する(冷却工程S13)。熱変形部42は、外装部材11の孔部16から引き抜き不能な大きさに熱変形され、電池セル10とスペーサ40,90とを連結する。冷却工程S13では、押さえ部130が、第1の押圧部131と第3押圧部133との間に隙間が形成されることで加熱部120の周囲を完全に覆っていないため、迅速に冷却させることが可能である。
次に、図12に示すように、押圧手段151により支持梁152を上昇させると、収縮していたばね155が伸びることで押さえ部130によるスペーサ40,90の押さえが維持された状態で、加熱部120が熱変形部42から離間する(加熱部離間工程S14)。このため、加熱部120を上昇させる際に、スペーサ40,90を浮き上がらずにスペーサ40,90に望ましくない力が作用し難くなり、加熱部120に対して溶着された状態の熱変形部42,92を容易に剥がすことができる。このため、スペーサ40,90の熱変形部42,92等の部位に破損が生じることを抑制することができる。しかも、図14に示すように、押さえ部130は、熱変形部42,92に対してスペーサ40,90の長手方向Xの中央側を第1の押圧部131により押圧し、外側の部位を第2の押圧部132により押圧するため、熱変形部42,92を挟んで両側を押圧でき、熱変形部42,92等の破損をより抑制できる。また、第3の押圧部133が、第2の押圧部132からスペーサ40,90の長手方向Xと直交する直交方向Yへ延びて、熱変形部42,92を超えて熱変形部42,92の直交方向最外端42A,92Aに達しているため、熱変形部42,92に望ましくない力がより作用し難くなる。このため、加熱部120に対して溶着された状態の熱変形部42,92をより容易に剥がすことができ、熱変形部42,92等の破損をより確実に抑制できる。
そして、図13に示すように、押圧手段151によってさらに支持梁152を上昇させると、押さえ部130がスペーサ40,90から離間する(押さえ部離間工程S15)。この後、パレット110を搬送手段140によって次の工程へ搬送する。
以上のように、本実施形態によれば、押さえ工程S11、加熱工程S12、加熱部離間工程S14および押さえ部離間工程S15を有する。加熱工程S12では、スペーサ40,90に形成される突起部43,93を電池セル10に形成される孔部16に貫通させ、突起部43,93を先端側から加熱部120により押圧して孔部16から引き抜き不能な大きさの熱変形部42,92を形成する。押さえ工程S11では、スペーサ40,90に対して加熱部120が配置される側からスペーサ40,90に近接する押さえ部130により、スペーサ40,90を押圧する。加熱部離間工程S14では、押さえ工程S11よりも後に、熱変形部42,92から加熱部120を離間させる。押さえ部離間工程S15では、加熱部離間工程S14よりも後に、押さえ部130をスペーサ40,90から離間させる。このため、加熱部120を上昇させる際に、スペーサ40,90が押さえ部130によって押さえられて浮き上がらず、スペーサ40,90に望ましくない力が作用し難くなり、加熱部120に対して溶着された状態の熱変形部42,92を容易に剥がすことができる。したがって、加熱部120を熱変形部42,92から離間させる際に、熱変形部42,92等に破損が生じることを抑制できる。
また、加熱部120および押さえ部130を、同一の押圧機構150により連動して作動させるため、構成が容易となり、省スペース化および低コスト化を図ることができる。
また、押さえ部130は、スペーサ40,90の熱変形部42,92に対してスペーサ40,90の長手方向Xの中央側を押圧する第1の押圧部131と、第1の押圧部131から延びて熱変形部42,92に対してスペーサ40,90の長手方向Xの外側の部位まで達する第2の押圧部132とを有している。そして、第1の押圧部131および第2の押圧部132によって、スペーサ40,90を押圧する。このため、熱変形部42,92を挟んで長手方向Xの両側を押圧でき、スペーサ40,90に望ましくない力がより作用し難くなり、熱変形部42,92等の破損を抑制できる。
また、押さえ部130は、第2の押圧部132からスペーサ40,90の長手方向Xと直交する直交方向Yへ延び、熱変形部42,92を超えて熱変形部42,92の直交方向最外端42A,92Aに達する第3の押圧部133をさらに備えている。そして、第1の押圧部131、第2の押圧部132および第3の押圧部133によってスペーサ40,90を押圧している。このため、熱変形部42,92に望ましくない力がより作用し難くなり、加熱部120に対して溶着された状態の熱変形部42,92をより容易に剥がすことができ、熱変形部42,92等の破損をより確実に抑制できる。
(改変例)
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜改変することができる。例えば、押さえ部は、スペーサ40,90を押さえることができれば構成は限定されず、例えば本実施形態における3つの第1〜第3の押圧部131,132,133の1つまたは2つによって構成されてもよい。または、図15に示す変形例のように、加熱部120の周囲を覆う筒部181を有する押さえ部180を設けてもよい。筒部181は、ばね182によって支持梁152に進退動可能に保持される。そして、冷却工程S13における冷却能力を高めるために、筒部181に複数の孔部183を形成している。このように、加熱部120の周囲の全体を覆うようにすれば、スペーサ40,90の浮き上がりをより確実に抑えることができ、熱変形部42,92等の破損をより確実に抑制できる。
また、押さえ部30は、スペーサ40,90を押圧することが可能であれば、スペーサ40,90に直接的に接する必要はなく、例えば電池セル10を介して押圧する構成であってもよい。
また、本実施形態では、加熱工程S12の前に押さえ工程S11を行っているが、押さえ工程S11の前に加熱工程S12を行う構成であってもよい。また、冷却工程S13は、必ずしも設けられなくてもよい。
10(10A〜10D) 電池セル、
16 孔部、
40 スペーサ(支持部材)、
42 熱変形部、
42A 直交方向最外端、
43 突起部、
50 積層電極体(電極群)、
90 スペーサ(支持部材)、
92 熱変形部、
93 突起部、
120 加熱部、
130,180 押さえ部、
131 第1の押圧部、
132 第2の押圧部、
133 第3の押圧部、
150 押圧機構、
S11 押さえ工程、
S12 加熱工程、
S14 加熱部離間工程、
S15 押さえ部離間工程、
X 長手方向、
Y 直交方向。

Claims (7)

  1. 電極群を備える電池セルに当該電池セルを支持するための支持部材を連結する電池連結方法であって、
    前記支持部材に形成される突起部を前記電池セルに形成される孔部に貫通させ、加熱を行う加熱部により前記突起部を先端側から押圧して前記突起部の先端側の少なくとも一部が前記孔部からはみ出るように前記孔部から引き抜き不能な大きさの熱変形部を形成する加熱工程と、
    前記支持部材に対して前記加熱部が配置される側から前記支持部材に近接する押さえ部により、前記支持部材を押圧する押さえ工程と、
    前記押さえ工程よりも後に、前記熱変形部から前記加熱部を離間させる加熱部離間工程と、
    前記加熱部離間工程よりも後に、前記押さえ部を前記支持部材から離間させる押さえ部離間工程と、を有する電池連結方法。
  2. 前記加熱部および押さえ部を、同一の押圧機構により連動して作動させる、請求項1に記載の電池連結方法。
  3. 前記押さえ部は、前記支持部材の熱変形部に対して前記支持部材の長手方向の中央側を押圧する第1の押圧部と、前記第1の押圧部から延びて前記熱変形部に対して前記支持部材の長手方向の外側の部位まで達する第2の押圧部と、を備え、当該第1の押圧部および第2の押圧部により前記支持部材を押圧する請求項1または請求項2に記載の電池連結方法。
  4. 前記押さえ部は、前記第2の押圧部から前記支持部材の長手方向と直交する直交方向へ延び、前記熱変形部を超えて当該熱変形部の直交方向最外端に達する第3の押圧部をさらに備え、前記第1の押圧部、第2の押圧部および第3の押圧部により前記支持部材を押圧する請求項3に記載の電池連結方法。
  5. 電極群を備える電池セルに当該電池セルを支持するための支持部材を連結する電池連結装置であって、
    前記電池セルに形成される孔部に貫通させる前記支持部材に形成される突起部を、当該突起部の先端側から押圧して前記突起部の先端側の少なくとも一部が前記孔部からはみ出るように前記孔部から引き抜き不能な大きさの熱変形部を形成する加熱部と、
    前記支持部材に対して前記加熱部が配置される側から前記支持部材に近接して押圧する押さえ部と、
    前記加熱部および押さえ部を連動して作動させ、前記押さえ部により前記支持部材を押圧した状態で前記加熱部を離間させる押圧機構と、を有する電池連結装置。
  6. 前記押さえ部は、前記支持部材の熱変形部に対して前記支持部材の長手方向の中央側を押圧する第1の押圧部と、前記第1の押圧部から延びて前記熱変形部に対して前記支持部材の長手方向の外側の部位まで達する第2の押圧部と、を有する請求項5に記載の電池連結装置。
  7. 前記押さえ部は、前記第2の押圧部から前記支持部材の長手方向と直交する直交方向へ延び、前記熱変形部を超えて当該熱変形部の直交方向最外端に達する第3の押圧部をさらに有する請求項6に記載の電池連結装置。
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