JP2015164101A - 電池カバーの取付方法、カバー形成部材、電池カバー - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールの組立て作業性を高めつつ、防滴性・防塵性を高める。【解決手段】電池カバーＭの取付方法は、板状の天板部２１および前記天板部２１の周縁部から前記天板部２１の板面の方向に延びる側板部２２を有するカバー形成部材２０を、電池セル１の上面に前記天板部２１が対向するように配置する工程と、前記側板部２２を前記電池セル１の側面に沿うように折り曲げる工程と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、電池カバーの取付方法、カバー形成部材、電池カバーに関する。

近年、大容量かつ高効率な二次電池として、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池が開発されている。このような二次電池は、電池容器の内部に、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に配列され、電解液とともに封入されている。

二次電池を、例えば電気自動車やハイブリッド自動車に搭載する場合、風力発電機等の蓄電池として用いる場合には、必要とされる蓄電量も多いため、複数個の二次電池（以下、個々の二次電池を電池セルと称する）がパッケージ化された電池パッケージを用いている。

電池パッケージは、複数個の電池セルからなる電池モジュールが、電池パッケージの外殻を構成するケースのトレー上に複数配列されることによって形成されている。また、電池モジュールを構成する複数個の電池セルは、電極どうしがバスバーによって電気的に接続されている。

このような電池パッケージを構成する電池モジュールにおいては、その上面に、各電池セルの電極、およびバスバーが露出する。これら電極やバスバーは、水や埃等がかからないようにするのが好ましい。そこで、複数の電池セルからなる電池モジュールの上面を覆う天板と、天板の周縁部から下方に延び、電池モジュールの側面に沿う側板部とを備えたカバーが多用されている。このようなカバーは、樹脂等の絶縁材料で形成されている。

また、特許文献１には、それぞれの電池セルの両側に樹脂枠を設けるとともに、樹脂枠の上端部に平板状の蓋カバーを係合させて設ける構成が開示されている。このような構成によれば、電池セルのそれぞれに樹脂枠を設けることで、電池セルの数の増減に容易に対応できるとしている。

特開２００３−３４６７５４号公報

しかしながら、天板とその外周部から延びる外周側板とを備えたカバーは、所定数の電池セルが組み合わされた電池モジュールの上部に被せるために、カバーの側板部の内周面と、電池モジュールの外周側面との間に隙間が必要である。この隙間がないと、カバーの電池モジュールへの装着が困難となり、作業性が著しく低下する。しかし、この隙間により、カバーと電池モジュールとの間から、水分や埃等がカバー内に侵入してしまう可能性がある。

一方、特許文献１に開示された構成では、各電池セルに設けられた樹脂枠の上端部に平板状の蓋カバーを係合させるので、蓋カバーの係合は容易である。しかし、互いに隣接する樹脂枠同士の間に隙間があり、水分や埃等の侵入は防げない。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電池モジュールの組立て作業性を高めつつ、防滴性・防塵性を高めることができる電池カバーの取付方法、カバー形成部材、電池カバーを提供することを目的とする。

この発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
この発明に係る電池カバーの取付方法は、板状の天板部および前記天板部の周縁部から前記天板部の板面の方向に延びる側板部を有するカバー形成部材を、電池セルの上面に前記天板部が対向するように配置する工程と、前記側板部を前記電池セルの側面に沿うように折り曲げる工程と、を備える。

このように、カバー形成部材の天板部を電池セルの正面に対向させた状態で、側板部を電池セルの側面に沿うよう折り曲げることで、側板部を電池セルの側面に密着させることができる。
また、カバー形成部材は、天板部と、天板部の周縁部から延びる側板部を有する板状をなしているので、立体的な形状の電池カバーを樹脂成形により製作する場合に比較し、高価な樹脂成形用の金型が不要であり、低コストで製作することができる。

また、この発明に係る電池カバーの取付方法は、前記天板部に前記電池セルの端子に接続される接続端子を挿入するための端子孔が複数形成され、前記カバー形成部材は、前記天板部のいずれか一方の表面を選択的に前記電池セルの天面に対向させて配置し、前記側板部を前記電池セルの側面に沿うように折り曲げるようにしてもよい。
このように構成することで、例えば、端子孔が天板部に対角状に形成されている場合、天板部のいずれか一方の表面を選択的に電池セルの天面に対向させ、側板部を電池セルの側面に沿うように折り曲げる。すると、１種類のカバー形成部材から、端子孔のレイアウトが対称となる２種類の電池カバーを製作することができる。

また、この発明に係る電池カバーの取付方法は、前記側板部に弾性変形可能なクッション材を設けておき、前記側板部を前記電池セルの側面に沿うように折り曲げるとき、前記側板部と前記電池セルの前記側面との間に前記クッション材を挟み込むようにしてもよい。
このように構成することで、クッション材により、防塵性、防滴性を高めることができる。クッション材は、側板部を折り曲げながら電池セルの側面に押しつけられるので、クッション材が捩れたりするのを防いで、容易かつ確実に取り付けることができる。

また、この発明に係るカバー形成部材は、板状で、電池セルの天面に対向配置される天板部と、前記天板部の周縁部から前記天板部の板面の方向に延び、前記電池セルの側面に沿って配置される側板部と、を有する。
このようなカバー形成部材は、上記したような電池カバーの取り付け方法により、天板部を電池セルの天面に対向させた状態で側板部を折り曲げることによって、側板部を電池セルの側面に密着させた状態で、電池カバーを装着することができる。

この発明に係る電池カバーは、上記カバー形成部材から形成された電池カバーであって、前記電池セルの天面に対向配置された前記天板部と、前記天板部の周縁部から前記電池セルの側面に沿うよう折り曲げ形成された側板部と、を備える。

このような電池カバーによれば、側板部を電池セルの側面に密着させた状態で装着することができる。

この発明に係る電池カバーの取付方法、カバー形成部材、電池カバーによれば、カバー形成部材の側板部を折り曲げることで、側板部を電池セルの側面に密着させた状態で装着することができる。その結果、電池モジュールの組立て作業性を高めつつ、防滴性・防塵性を高めることが可能となる。

この発明の一実施形態に係る電池カバーを備えた電池モジュールの全体構成を示す斜視図である。 電池モジュールを構成する電池セルの構成を示す斜視断面図である。 電池カバーを装着した電池モジュールの側断面図である。 電池カバーを装着した電池モジュールの正断面図である。 電池カバーを組電池に装着する状態を示す斜視図である。 カバー形成部材を図５とは反対側に折り曲げる状態を示す斜視図である。 （ａ）は、１種類の電池カバーを、互いに隣接する電池モジュールに装着した場合の例を示す平面図、（ｂ）は、２種類の電池カバーを、互いに隣接する電池モジュールに装着した場合の例を示す平面図である。 電池カバーの側板部と電池セルの側面との間にクッション材を挟み込む場合の例を示す断面図である。

以下、この発明の一実施形態に係る電池カバーの取付方法、カバー形成部材、電池カバーを図面に基づき説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電池カバーを備えた電池モジュールの全体構成を示す斜視図である。図２は、電池モジュールを構成する電池セルの構成を示す斜視断面図である。図３は、電池カバーを装着した電池モジュールの側断面図である。図４は、電池カバーを装着した電池モジュールの正断面図である。
図１に示すように、本実施形態の電池モジュールＭは、複数の電池セル１で構成される組電池１０と、組電池１０を覆う電池カバー２０と、を備えている。なお、本実施形態において、組電池１０とは、複数の電池セル１で構成されるものを称し、電池モジュールＭとは、複数の電池セル１で構成された組電池１０と、電池カバー２０とを有して構成されるものを称することとする。また、本実施形態では、電池セル１として、リチウムイオン二次電池を一例にとって説明する。

図２に示すように、電池セル１は、複数の正極板２と、複数の負極板３と、負極板３を覆うセパレータ４と、電解液（不図示）と、これらを収納するセルケース５と、を備えている。

各電極板２，３は、矩形シート状の集電体に活物質等を塗工されている本体と、矩形シート状の部分の縁から延びているタブとを有している。負極板３の負極板本体３ａは、セパレータ４により完全に覆われ、負極板３のタブ３ｂは、一部がセパレータ４から露出している。セパレータ４は、絶縁性及び耐電解液性を有する樹脂、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィン等で形成されている。

複数の正極板２と、それぞれがセパレータ４で覆われている複数の負極板３とは、タブ２ｂ，３ｂが設けられている側が互いに同じ側になるよう、交互に重ね合わされて、電極積層体を形成している。なお、以下では、複数の正極板２及び複数の負極板３が積層されている方向をＺ方向、各電極板２，３の本体２ａ，３ａに対してタブ２ｂ，３ｂが設けられている方向をＹ方向、Ｙ方向及びＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。また、Ｙ方向において、各電極板２，３の本体２ａ，３ａに対してタブ２ｂ，３ｂが設けられている側を（＋）Ｙ側とする。

セルケース５は、アルミニウム等の金属で形成されている。このセルケース５は、電極積層体が入る直方体状の収納凹部が形成されているケース本体５Ａと、このケース本体５Ａの矩形状の開口を塞ぐ矩形状の蓋５Ｂと、を有している。ここで、蓋５Ｂの外側表面を蓋面５Ｂａとし、ケース本体５Ａの外側表面のうちで、蓋面５Ｂａの外周部の四辺に隣接する面を側周面５Ａａとする。また、側周面５Ａａのうちで、Ｚ方向で背合せの関係にある面を第一側面５Ａｂ、Ｘ方向で背合せの関係にある面を第二側面５Ａｃとする。

セルケース５の蓋５Ｂには、正極端子（端子）６及び負極端子（端子）７がそれぞれ絶縁材を介して固定されている。
さらに、この蓋５Ｂには、セルケース５の内圧が所定以上になったときに動作して、内部のガスを逃がす安全弁８が設けられていてもよい。正極端子６、負極端子７、安全弁８は、Ｘ方向に並んでおり、安全弁８は、正極端子６と負極端子７との間に位置している。

正極端子６及び負極端子７は、いずれも、蓋５Ｂを貫通した状態で蓋５Ｂに固定され、セルケース５の内側及び外側に突出している。正極端子６には、リードを介して正極板２のタブ２ｂが接続され、負極端子７には、リードを介して負極板３のタブ３ｂが接続されている。

組電池１０を構成する複数の電池セル１は、セルケース５の蓋面５Ｂａがいずれも（＋）Ｙ側を向き、互いの第一側面５Ａｂが対向した状態で、Ｚ方向に並んでいる。電池モジュールＭは、以上で説明した組電池１０及び電池カバー２０の他、複数の電池セル１相互間に配置された絶縁板１１と、複数の電池セル１の底に配置される電池支持プレート１３と、各電池セル１の電極端子相互を電気的に接続するバスバー１４と、を備えている。

図１、図３、図４に示すように、複数の電池セル１の積層方向であるＺ方向で互いに隣接する二つの電池セル１は、一方の電池セル１の正極端子６と他方の電池セル１の負極端子７とがバスバー１４で連結されている。バスバー１４は、各電極端子６，７に形成されたネジ穴にねじ込んだ固定ボルト１５により、各電極端子６，７に締結・固定されている。

電池カバー２０は、各電極端子６，７、バスバー１４の防塵や防滴等の目的で設けられるものである。この電池カバー２０は、組電池１０の天面１０ａを形成する複数の電池セル１の蓋面５Ｂａと間隔をあけて対向する天板部２１と、天板部２１の周縁部から組電池１０の四方の側面１０ｓに沿うよう折り曲げ形成された側板部２２と、を有している。

天板部２１には、組電池１０の電池セル１の正極端子６，負極端子７に接続される接続端子（図示無し）を挿入するための端子孔１１０が複数貫通形成されている。端子孔１１０は、組電池１０を構成する複数の電池セル１のうち、Ｚ方向の一端側の電池セル１の正極端子６と、Ｚ方向の他端側の電池セル１の負極端子７との上方に、それぞれ形成されている。この実施形態において、組電池１０は、奇数（例えば５個）の電池セル１から構成されている。したがって、一方の端子孔１１０およびＺ方向の一端側の電池セル１の正極端子６はＸ方向の一端側に配置され、他方の端子孔１１０およびＺ方向の他端側の電池セル１の負極端子７は、Ｘ方向の他端側に配置されている。このようにして、端子孔１１０は、矩形状の天板部２１において対角状に配置されている。

図５は、電池カバーを組電池に装着する状態を示す斜視図である。
図５に示すように、電池カバー２０は、例えば、ポリプロポレンやＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）等の絶縁性を有した樹脂材料からなる平板状のカバー形成部材１００を折り曲げることで形成されている。カバー形成部材１００は、矩形状の天板部２１と、天板部２１の四方の周縁部から連続して天板部２１の板面の方向に延びる側板部２２と、を有する。

このようなカバー形成部材１００は、組電池１０の天面１０ａに天板部２１が対向するように配置する工程と、側板部２２を組電池１０の側面１０ｓに沿うように折り曲げる工程と、を経ることで、組電池１０に装着される。
側板部２２を組電池１０の側面１０ｓに沿うように折り曲げる工程では、天板部２１を組電池１０の上面に対向させた状態で、側板部２２を組電池１０の側面１０ｓに沿うよう折り曲げることで、側板部２２が組電池１０の側面１０ｓに密着する。

ここで、カバー形成部材１００には、天板部２１の外周縁部において、側板部２２の折り目となる部分に、予め溝１０５等を形成しておき、この溝１０５に沿ってカバー形成部材１００を折り曲げるようにしても良い。

したがって、上述した電池カバー２０の取付方法、カバー形成部材１００、電池カバー２０によれば、天板部２１と、天板部２１の周縁部から延びる側板部２２を有したカバー形成部材１００を用いる。そして、カバー形成部材１００の天板部２１を組電池１０の電池セル１の正面に対向させた状態で、側板部２２を組電池１０の側面１０ｓに沿うよう折り曲げることで、電池カバー２０を組電池１０に装着する。このようにして、側板部２２を組電池１０の側面１０ｓに確実に密着させることができる。その結果、電池モジュールＭの組立て作業性を高めつつ、防滴性・防塵性を高めることが可能となる。

ここで、この実施形態では、組電池１０を５個の電池セル１から形成したが、組電池１０を構成する電池セル１の数が上記実施形態と異なる場合でも、それぞれの電池セル１の個数に合わせたカバー形成部材１００を用意すれば良い。天板部２１と側板部２２とを有した板状のカバー形成部材１００は、板状の樹脂材料をプレス機で打ち抜き加工したり、レーザ切断機で切り出し加工することで形成できる。したがって、組電池１０を構成する電池セル１の数に応じて、それぞれ、射出成形により立体的な電池カバー２０を製作する場合に比較して、金型コストを大幅に低減できる。

また、この実施形態では、組電池１０を５個の電池セル１から形成し、これに伴い、端子孔１１０が、矩形状の天板部２１において対角状に配置されている。この場合、カバー形成部材１００において、天板部２１のいずれか一方の表面を選択的に組電池１０の電池セル１の天面１０ａに対向させ、側板部２２を組電池１０の側面１０ｓに沿うように折り曲げることができる。

つまり、図５に示したように、カバー形成部材１００は、天板部２１の一方の表面（図５において、下方を向いている側の表面）を組電池１０の電池セル１に対向させ、側板部２２を天板部２１に対して一方の表面側に折り曲げることによって、電池カバー２０Ａを形成することができる。
図６は、カバー形成部材を図５とは反対側に折り曲げる状態を示す斜視図である。この図６に示すように、同じカバー形成部材１００は、天板部２１の他方の表面（図６において、上方を向いている側の表面）２１ｇを組電池１０の電池セル１に対向させ、側板部２２を天板部２１に対して表面２１ｇ側に折り曲げることによって、電池カバー２０Ｂを形成することができる。ここで、電池カバー２０Ａと、電池カバー２０Ｂとでは、端子孔１１０のレイアウトが対称となる。このようにして、１種類のカバー形成部材１００から、２種類の電池カバー２０Ａ，２０Ｂを製作することができる。

図７（ａ）は、１種類の電池カバーを、互いに隣接する電池モジュールに装着した場合の例を示す平面図である。図７（ｂ）は、２種類の電池カバーを、互いに隣接する電池モジュールに装着した場合の例を示す平面図である。
ここで、図７（ａ）に示すように、一種類の電池カバー２０Ａを、互いに隣接する電池モジュールＭのそれぞれに装着すると、電池モジュールＭどうしが隣接する部分で、一方の電池モジュールＭに装着された電池カバー２０Ａの端子孔１１０と、他方の電池モジュールＭに装着された電池カバー２０Ｂの端子孔１１０とが、Ｘ方向において反対側に配置される。したがって、互いに隣接する電池モジュールＭの正極端子６と負極端子７とを接続しようとすると、接続線２００Ａは、電池モジュールＭのＸ方向における長さと同等の長さが必要となる。
これに対し、図７（ｂ）に示すように、端子孔１１０のレイアウトが対称となっている電池カバー２０Ａと、電池カバー２０Ｂとを、互いに隣接する電池モジュールＭに装着すると、電池モジュールＭどうしが隣接する部分で、一方の電池モジュールＭに装着された電池カバー２０Ａの端子孔１１０と、他方の電池モジュールＭに装着された電池カバー２０Ｂの端子孔１１０とが、Ｘ方向において同じ側に配置される。これにより、互いに隣接する電池モジュールＭの正極端子６と負極端子７とを、最短距離の接続線２００Ｂで接続すること可能となる。

（その他の変形例）
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、図８は、電池カバーの側板部と電池セルの側面との間にクッション材を挟み込む場合の例を示す断面図である。
この図８に示すように、電池カバー２０の側板部２２と、組電池１０の側面１０ｓとの間に、ゴム系材料、軟質樹脂系材料等からなるクッション材１２０を挟み込むようにしても良い。

このようなクッション材１２０は、カバー形成部材１００の側板部２２に、接着剤や両面接着テープ等により設けておく。
そして、カバー形成部材１００の天板部２１を組電池１０の電池セル１の天面１０ａに対向させて配置させた後、側板部２２を組電池１０の側面１０ｓに沿うように折り曲げるとき、側板部２２と組電池１０の側面１０ｓとの間にクッション材１２０を挟み込むようにする。

このように構成することで、クッション材１２０は、側板部２２を折り曲げながら組電池１０の側面１０ｓに押しつけられる。予め立体的な形状に成形された電池カバーの場合、電池カバーと組電池１０の側面との間にクッション材１２０を配置しようとすると、電池カバーの装着時に、クッション材１２０が捩れる等してしまう。これに対し、この実施形態の変形例では、クッション材１２０が捩れたりするのを防いで、クッション材１２０を容易かつ確実に取り付けることができる。

また、上記実施形態では、電池として、特にリチウムイオン二次電池を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、他の電池であってもよい。

１ 電池セル
１ｓ 側面
２ 正極板
２ａ，３ａ 本体
２ｂ タブ
３ 負極板
３ａ 負極板本体
３ｂ タブ
４ セパレータ
５ セルケース
５Ａ ケース本体
５Ａａ 側周面
５Ａｂ 第一側面
５Ａｃ 第二側面
５Ｂ 蓋
５Ｂａ 蓋面
６ 正極端子（端子）
７ 負極端子（端子）
８ 安全弁
１０ 組電池
１０ａ 天面
１０ｓ 側面
１１ 絶縁板
１３ 電池支持プレート
１４ バスバー
１５ 固定ボルト
２０，２０Ａ，２０Ｂ 電池カバー
２１ 天板部
２１ｆ 表面
２１ｇ 表面
２２ 側板部
１００ カバー形成部材
１０５ 溝
１１０ 端子孔
１２０ クッション材
Ｍ 電池モジュール

Claims (5)

1. 板状の天板部および前記天板部の周縁部から前記天板部の板面の方向に延びる側板部を有するカバー形成部材を、電池セルの上面に前記天板部が対向するように配置する工程と、
   前記側板部を前記電池セルの側面に沿うように折り曲げる工程と、
   を備える電池カバーの取付方法。
2. 前記天板部に前記電池セルの端子に接続される接続端子を挿入するための端子孔が複数形成され、
   前記カバー形成部材は、前記天板部のいずれか一方の表面を選択的に前記電池セルの天面に対向させて配置し、前記側板部を前記電池セルの側面に沿うように折り曲げる請求項１に記載の電池カバーの取付方法。
3. 前記側板部に弾性変形可能なクッション材を設けておき、
   前記側板部を前記電池セルの側面に沿うように折り曲げるとき、前記側板部と前記電池セルの前記側面との間に前記クッション材を挟み込む請求項１または２記載の電池カバーの取付方法。
4. 板状で、電池セルの天面に対向配置される天板部と、
   前記天板部の周縁部から前記天板部の板面の方向に延び、前記電池セルの側面に沿って配置される側板部と、を有するカバー形成部材。
5. 請求項４に記載のカバー形成部材から形成された電池カバーであって、
   前記電池セルの天面に対向配置された前記天板部と、
   前記天板部の周縁部から前記電池セルの側面に沿うよう折り曲げ形成された側板部と、
   を備える電池カバー。

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